1 #include "process.h"
2 
3 #include <DragonOS/signal.h>
4 #include <common/compiler.h>
5 #include <common/completion.h>
6 #include <common/elf.h>
7 #include <common/kprint.h>
8 #include <common/kthread.h>
9 #include <common/printk.h>
10 #include <common/spinlock.h>
11 #include <common/stdio.h>
12 #include <common/string.h>
13 #include <common/sys/wait.h>
14 #include <common/time.h>
15 #include <common/unistd.h>
16 #include <debug/bug.h>
17 #include <debug/traceback/traceback.h>
18 #include <driver/disk/ahci/ahci.h>
19 #include <driver/usb/usb.h>
20 #include <driver/video/video.h>
21 #include <exception/gate.h>
22 #include <filesystem/devfs/devfs.h>
23 #include <filesystem/fat32/fat32.h>
24 #include <filesystem/rootfs/rootfs.h>
25 #include <filesystem/procfs/procfs.h>
26 #include <ktest/ktest.h>
27 #include <mm/slab.h>
28 #include <sched/sched.h>
29 #include <syscall/syscall.h>
30 #include <syscall/syscall_num.h>
31 
32 #include <mm/mmio.h>
33 
34 #include <common/lz4.h>
35 extern int __rust_demo_func();
36 // #pragma GCC push_options
37 // #pragma GCC optimize("O0")
38 
39 spinlock_t process_global_pid_write_lock; // 增加pid的写锁
40 long process_global_pid = 1;              // 系统中最大的pid
41 
42 extern void system_call(void);
43 extern void kernel_thread_func(void);
44 
45 ul _stack_start; // initial proc的栈基地址(虚拟地址)
46 extern struct mm_struct initial_mm;
47 extern struct signal_struct INITIAL_SIGNALS;
48 extern struct sighand_struct INITIAL_SIGHAND;
49 
50 extern void process_exit_sighand(struct process_control_block *pcb);
51 extern void process_exit_signal(struct process_control_block *pcb);
52 extern void initial_proc_init_signal(struct process_control_block *pcb);
53 
54 // 设置初始进程的PCB
55 #define INITIAL_PROC(proc)                                                                                             \
56     {                                                                                                                  \
57         .state = PROC_UNINTERRUPTIBLE, .flags = PF_KTHREAD, .preempt_count = 0, .signal = 0, .cpu_id = 0,              \
58         .mm = &initial_mm, .thread = &initial_thread, .addr_limit = 0xffffffffffffffff, .pid = 0, .priority = 2,       \
59         .virtual_runtime = 0, .fds = {0}, .next_pcb = &proc, .prev_pcb = &proc, .parent_pcb = &proc, .exit_code = 0,   \
60         .wait_child_proc_exit = 0, .worker_private = NULL, .policy = SCHED_NORMAL, .sig_blocked = 0,                   \
61         .signal = &INITIAL_SIGNALS, .sighand = &INITIAL_SIGHAND,                                                       \
62     }
63 
64 struct thread_struct initial_thread = {
65     .rbp = (ul)(initial_proc_union.stack + STACK_SIZE / sizeof(ul)),
66     .rsp = (ul)(initial_proc_union.stack + STACK_SIZE / sizeof(ul)),
67     .fs = KERNEL_DS,
68     .gs = KERNEL_DS,
69     .cr2 = 0,
70     .trap_num = 0,
71     .err_code = 0,
72 };
73 
74 // 初始化 初始进程的union ,并将其链接到.data.init_proc段内
75 union proc_union initial_proc_union
76     __attribute__((__section__(".data.init_proc_union"))) = {INITIAL_PROC(initial_proc_union.pcb)};
77 
78 struct process_control_block *initial_proc[MAX_CPU_NUM] = {&initial_proc_union.pcb, 0};
79 
80 // 为每个核心初始化初始进程的tss
81 struct tss_struct initial_tss[MAX_CPU_NUM] = {[0 ... MAX_CPU_NUM - 1] = INITIAL_TSS};
82 
83 /**
84  * @brief 回收进程的所有文件描述符
85  *
86  * @param pcb 要被回收的进程的pcb
87  * @return uint64_t
88  */
89 uint64_t process_exit_files(struct process_control_block *pcb);
90 
91 /**
92  * @brief 释放进程的页表
93  *
94  * @param pcb 要被释放页表的进程
95  * @return uint64_t
96  */
97 uint64_t process_exit_mm(struct process_control_block *pcb);
98 
99 /**
100  * @brief 切换进程
101  *
102  * @param prev 上一个进程的pcb
103  * @param next 将要切换到的进程的pcb
104  * 由于程序在进入内核的时候已经保存了寄存器,因此这里不需要保存寄存器。
105  * 这里切换fs和gs寄存器
106  */
107 #pragma GCC push_options
108 #pragma GCC optimize("O0")
__switch_to(struct process_control_block * prev,struct process_control_block * next)109 void __switch_to(struct process_control_block *prev, struct process_control_block *next)
110 {
111     initial_tss[proc_current_cpu_id].rsp0 = next->thread->rbp;
112     // kdebug("next_rsp = %#018lx   ", next->thread->rsp);
113     //  set_tss64((uint *)phys_2_virt(TSS64_Table), initial_tss[0].rsp0, initial_tss[0].rsp1, initial_tss[0].rsp2,
114     //  initial_tss[0].ist1,
115     //           initial_tss[0].ist2, initial_tss[0].ist3, initial_tss[0].ist4, initial_tss[0].ist5,
116     //           initial_tss[0].ist6, initial_tss[0].ist7);
117 
118     __asm__ __volatile__("movq	%%fs,	%0 \n\t" : "=a"(prev->thread->fs));
119     __asm__ __volatile__("movq	%%gs,	%0 \n\t" : "=a"(prev->thread->gs));
120 
121     __asm__ __volatile__("movq	%0,	%%fs \n\t" ::"a"(next->thread->fs));
122     __asm__ __volatile__("movq	%0,	%%gs \n\t" ::"a"(next->thread->gs));
123 }
124 #pragma GCC pop_options
125 
126 /**
127  * @brief 打开要执行的程序文件
128  *
129  * @param path
130  * @return struct vfs_file_t*
131  */
process_open_exec_file(char * path)132 struct vfs_file_t *process_open_exec_file(char *path)
133 {
134     struct vfs_dir_entry_t *dentry = NULL;
135     struct vfs_file_t *filp = NULL;
136     // kdebug("path=%s", path);
137     dentry = vfs_path_walk(path, 0);
138 
139     if (dentry == NULL)
140         return (void *)-ENOENT;
141 
142     if (dentry->dir_inode->attribute == VFS_IF_DIR)
143         return (void *)-ENOTDIR;
144 
145     filp = (struct vfs_file_t *)kmalloc(sizeof(struct vfs_file_t), 0);
146     if (filp == NULL)
147         return (void *)-ENOMEM;
148 
149     filp->position = 0;
150     filp->mode = 0;
151     filp->dEntry = dentry;
152     filp->mode = ATTR_READ_ONLY;
153     filp->file_ops = dentry->dir_inode->file_ops;
154 
155     return filp;
156 }
157 
158 /**
159  * @brief 加载elf格式的程序文件到内存中,并设置regs
160  *
161  * @param regs 寄存器
162  * @param path 文件路径
163  * @return int
164  */
process_load_elf_file(struct pt_regs * regs,char * path)165 static int process_load_elf_file(struct pt_regs *regs, char *path)
166 {
167     int retval = 0;
168     struct vfs_file_t *filp = process_open_exec_file(path);
169 
170     if ((long)filp <= 0 && (long)filp >= -255)
171     {
172         kdebug("(long)filp=%ld", (long)filp);
173         return (unsigned long)filp;
174     }
175 
176     void *buf = kmalloc(PAGE_4K_SIZE, 0);
177     memset(buf, 0, PAGE_4K_SIZE);
178     uint64_t pos = 0;
179     pos = filp->file_ops->lseek(filp, 0, SEEK_SET);
180     retval = filp->file_ops->read(filp, (char *)buf, sizeof(Elf64_Ehdr), &pos);
181     retval = 0;
182     if (!elf_check(buf))
183     {
184         kerror("Not an ELF file: %s", path);
185         retval = -ENOTSUP;
186         goto load_elf_failed;
187     }
188 
189 #if ARCH(X86_64)
190     // 暂时只支持64位的文件
191     if (((Elf32_Ehdr *)buf)->e_ident[EI_CLASS] != ELFCLASS64)
192     {
193         kdebug("((Elf32_Ehdr *)buf)->e_ident[EI_CLASS]=%d", ((Elf32_Ehdr *)buf)->e_ident[EI_CLASS]);
194         retval = -EUNSUPPORTED;
195         goto load_elf_failed;
196     }
197     Elf64_Ehdr ehdr = *(Elf64_Ehdr *)buf;
198     // 暂时只支持AMD64架构
199     if (ehdr.e_machine != EM_AMD64)
200     {
201         kerror("e_machine=%d", ehdr.e_machine);
202         retval = -EUNSUPPORTED;
203         goto load_elf_failed;
204     }
205 #else
206 #error Unsupported architecture!
207 #endif
208     if (ehdr.e_type != ET_EXEC)
209     {
210         kerror("Not executable file! filename=%s\tehdr->e_type=%d", path, ehdr.e_type);
211         retval = -EUNSUPPORTED;
212         goto load_elf_failed;
213     }
214     // kdebug("filename=%s:\te_entry=%#018lx", path, ehdr.e_entry);
215     regs->rip = ehdr.e_entry;
216     current_pcb->mm->code_addr_start = ehdr.e_entry;
217 
218     // kdebug("ehdr.e_phoff=%#018lx\t ehdr.e_phentsize=%d, ehdr.e_phnum=%d", ehdr.e_phoff, ehdr.e_phentsize,
219     // ehdr.e_phnum); 将指针移动到program header处
220     pos = ehdr.e_phoff;
221     // 读取所有的phdr
222     pos = filp->file_ops->lseek(filp, pos, SEEK_SET);
223     filp->file_ops->read(filp, (char *)buf, (uint64_t)ehdr.e_phentsize * (uint64_t)ehdr.e_phnum, &pos);
224     if ((unsigned long)filp <= 0)
225     {
226         kdebug("(unsigned long)filp=%d", (long)filp);
227         retval = -ENOEXEC;
228         goto load_elf_failed;
229     }
230     Elf64_Phdr *phdr = buf;
231 
232     // 将程序加载到内存中
233     for (int i = 0; i < ehdr.e_phnum; ++i, ++phdr)
234     {
235         // kdebug("phdr[%d] phdr->p_offset=%#018lx phdr->p_vaddr=%#018lx phdr->p_memsz=%ld phdr->p_filesz=%ld
236         // phdr->p_type=%d", i, phdr->p_offset, phdr->p_vaddr, phdr->p_memsz, phdr->p_filesz, phdr->p_type);
237 
238         // 不是可加载的段
239         if (phdr->p_type != PT_LOAD)
240             continue;
241 
242         int64_t remain_mem_size = phdr->p_memsz;
243         int64_t remain_file_size = phdr->p_filesz;
244         pos = phdr->p_offset;
245 
246         uint64_t virt_base = 0;
247         uint64_t beginning_offset = 0; // 由于页表映射导致的virtbase与实际的p_vaddr之间的偏移量
248 
249         if (remain_mem_size >= PAGE_2M_SIZE) // 接下来存在映射2M页的情况,因此将vaddr按2M向下对齐
250             virt_base = phdr->p_vaddr & PAGE_2M_MASK;
251         else // 接下来只有4K页的映射
252             virt_base = phdr->p_vaddr & PAGE_4K_MASK;
253 
254         beginning_offset = phdr->p_vaddr - virt_base;
255         remain_mem_size += beginning_offset;
256 
257         while (remain_mem_size > 0)
258         {
259             // kdebug("loading...");
260             int64_t map_size = 0;
261             if (remain_mem_size >= PAGE_2M_SIZE)
262             {
263                 uint64_t pa = alloc_pages(ZONE_NORMAL, 1, PAGE_PGT_MAPPED)->addr_phys;
264                 struct vm_area_struct *vma = NULL;
265                 int ret =
266                     mm_create_vma(current_pcb->mm, virt_base, PAGE_2M_SIZE, VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS, NULL, &vma);
267 
268                 // 防止内存泄露
269                 if (ret == -EEXIST)
270                     free_pages(Phy_to_2M_Page(pa), 1);
271                 else
272                     mm_map(current_pcb->mm, virt_base, PAGE_2M_SIZE, pa);
273                 // mm_map_vma(vma, pa, 0, PAGE_2M_SIZE);
274                 io_mfence();
275                 memset((void *)virt_base, 0, PAGE_2M_SIZE);
276                 map_size = PAGE_2M_SIZE;
277             }
278             else
279             {
280                 // todo: 使用4K、8K、32K大小内存块混合进行分配,提高空间利用率(减少了bmp的大小)
281                 map_size = ALIGN(remain_mem_size, PAGE_4K_SIZE);
282                 // 循环分配4K大小内存块
283                 for (uint64_t off = 0; off < map_size; off += PAGE_4K_SIZE)
284                 {
285                     uint64_t paddr = virt_2_phys((uint64_t)kmalloc(PAGE_4K_SIZE, 0));
286 
287                     struct vm_area_struct *vma = NULL;
288                     int val = mm_create_vma(current_pcb->mm, virt_base + off, PAGE_4K_SIZE, VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS,
289                                             NULL, &vma);
290                     // kdebug("virt_base=%#018lx", virt_base + off);
291                     if (val == -EEXIST)
292                         kfree(phys_2_virt(paddr));
293                     else
294                         mm_map(current_pcb->mm, virt_base + off, PAGE_4K_SIZE, paddr);
295                     // mm_map_vma(vma, paddr, 0, PAGE_4K_SIZE);
296                     io_mfence();
297                     memset((void *)(virt_base + off), 0, PAGE_4K_SIZE);
298                 }
299             }
300 
301             pos = filp->file_ops->lseek(filp, pos, SEEK_SET);
302             int64_t val = 0;
303             if (remain_file_size > 0)
304             {
305                 int64_t to_trans = (remain_file_size > PAGE_2M_SIZE) ? PAGE_2M_SIZE : remain_file_size;
306                 val = filp->file_ops->read(filp, (char *)(virt_base + beginning_offset), to_trans, &pos);
307             }
308 
309             if (val < 0)
310                 goto load_elf_failed;
311 
312             remain_mem_size -= map_size;
313             remain_file_size -= val;
314             virt_base += map_size;
315         }
316     }
317 
318     // 分配2MB的栈内存空间
319     regs->rsp = current_pcb->mm->stack_start;
320     regs->rbp = current_pcb->mm->stack_start;
321 
322     {
323         struct vm_area_struct *vma = NULL;
324         uint64_t pa = alloc_pages(ZONE_NORMAL, 1, PAGE_PGT_MAPPED)->addr_phys;
325         int val = mm_create_vma(current_pcb->mm, current_pcb->mm->stack_start - PAGE_2M_SIZE, PAGE_2M_SIZE,
326                                 VM_USER | VM_ACCESS_FLAGS, NULL, &vma);
327         if (val == -EEXIST)
328             free_pages(Phy_to_2M_Page(pa), 1);
329         else
330             mm_map_vma(vma, pa, 0, PAGE_2M_SIZE);
331     }
332 
333     // 清空栈空间
334     memset((void *)(current_pcb->mm->stack_start - PAGE_2M_SIZE), 0, PAGE_2M_SIZE);
335 
336 load_elf_failed:;
337     if (buf != NULL)
338         kfree(buf);
339     return retval;
340 }
341 /**
342  * @brief 使当前进程去执行新的代码
343  *
344  * @param regs 当前进程的寄存器
345  * @param path 可执行程序的路径
346  * @param argv 参数列表
347  * @param envp 环境变量
348  * @return ul 错误码
349  */
350 #pragma GCC push_options
351 #pragma GCC optimize("O0")
do_execve(struct pt_regs * regs,char * path,char * argv[],char * envp[])352 ul do_execve(struct pt_regs *regs, char *path, char *argv[], char *envp[])
353 {
354 
355     // kdebug("do_execve is running...");
356 
357     // 当前进程正在与父进程共享地址空间,需要创建
358     // 独立的地址空间才能使新程序正常运行
359     if (current_pcb->flags & PF_VFORK)
360     {
361         // kdebug("proc:%d  creating new mem space", current_pcb->pid);
362         // 分配新的内存空间分布结构体
363         struct mm_struct *new_mms = (struct mm_struct *)kmalloc(sizeof(struct mm_struct), 0);
364         memset(new_mms, 0, sizeof(struct mm_struct));
365         current_pcb->mm = new_mms;
366 
367         // 分配顶层页表, 并设置顶层页表的物理地址
368         new_mms->pgd = (pml4t_t *)virt_2_phys(kmalloc(PAGE_4K_SIZE, 0));
369 
370         // 由于高2K部分为内核空间,在接下来需要覆盖其数据,因此不用清零
371         memset(phys_2_virt(new_mms->pgd), 0, PAGE_4K_SIZE / 2);
372 
373         // 拷贝内核空间的页表指针
374         memcpy(phys_2_virt(new_mms->pgd) + 256, phys_2_virt(initial_proc[proc_current_cpu_id]) + 256, PAGE_4K_SIZE / 2);
375     }
376 
377     // 设置用户栈和用户堆的基地址
378     unsigned long stack_start_addr = 0x6ffff0a00000UL;
379     const uint64_t brk_start_addr = 0x700000000000UL;
380 
381     process_switch_mm(current_pcb);
382 
383     // 为用户态程序设置地址边界
384     if (!(current_pcb->flags & PF_KTHREAD))
385         current_pcb->addr_limit = USER_MAX_LINEAR_ADDR;
386 
387     current_pcb->mm->code_addr_end = 0;
388     current_pcb->mm->data_addr_start = 0;
389     current_pcb->mm->data_addr_end = 0;
390     current_pcb->mm->rodata_addr_start = 0;
391     current_pcb->mm->rodata_addr_end = 0;
392     current_pcb->mm->bss_start = 0;
393     current_pcb->mm->bss_end = 0;
394     current_pcb->mm->brk_start = brk_start_addr;
395     current_pcb->mm->brk_end = brk_start_addr;
396     current_pcb->mm->stack_start = stack_start_addr;
397 
398     // 关闭之前的文件描述符
399     process_exit_files(current_pcb);
400 
401     // 清除进程的vfork标志位
402     current_pcb->flags &= ~PF_VFORK;
403 
404     // 加载elf格式的可执行文件
405     int tmp = process_load_elf_file(regs, path);
406     if (tmp < 0)
407         goto exec_failed;
408 
409     // 拷贝参数列表
410     if (argv != NULL)
411     {
412         int argc = 0;
413 
414         // 目标程序的argv基地址指针,最大8个参数
415         char **dst_argv = (char **)(stack_start_addr - (sizeof(char **) << 3));
416         uint64_t str_addr = (uint64_t)dst_argv;
417 
418         for (argc = 0; argc < 8 && argv[argc] != NULL; ++argc)
419         {
420 
421             if (*argv[argc] == NULL)
422                 break;
423 
424             // 测量参数的长度(最大1023)
425             int argv_len = strnlen_user(argv[argc], 1023) + 1;
426             strncpy((char *)(str_addr - argv_len), argv[argc], argv_len - 1);
427             str_addr -= argv_len;
428             dst_argv[argc] = (char *)str_addr;
429             // 字符串加上结尾字符
430             ((char *)str_addr)[argv_len] = '\0';
431         }
432 
433         // 重新设定栈基址,并预留空间防止越界
434         stack_start_addr = str_addr - 8;
435         current_pcb->mm->stack_start = stack_start_addr;
436         regs->rsp = regs->rbp = stack_start_addr;
437 
438         // 传递参数
439         regs->rdi = argc;
440         regs->rsi = (uint64_t)dst_argv;
441     }
442     // kdebug("execve ok");
443     // 设置进程的段选择子为用户态可访问
444     regs->cs = USER_CS | 3;
445     regs->ds = USER_DS | 3;
446     regs->ss = USER_DS | 0x3;
447     regs->rflags = 0x200246;
448     regs->rax = 1;
449     regs->es = 0;
450 
451     return 0;
452 
453 exec_failed:;
454     process_do_exit(tmp);
455 }
456 #pragma GCC pop_options
457 
458 /**
459  * @brief 内核init进程
460  *
461  * @param arg
462  * @return ul 参数
463  */
464 #pragma GCC push_options
465 #pragma GCC optimize("O0")
initial_kernel_thread(ul arg)466 ul initial_kernel_thread(ul arg)
467 {
468     kinfo("initial proc running...\targ:%#018lx, vruntime=%d", arg, current_pcb->virtual_runtime);
469 
470     scm_enable_double_buffer();
471 
472     ahci_init();
473     fat32_init();
474     rootfs_umount();
475 
476     // 使用单独的内核线程来初始化usb驱动程序
477     // 注释:由于目前usb驱动程序不完善,因此先将其注释掉
478     // int usb_pid = kernel_thread(usb_init, 0, 0);
479 
480     kinfo("LZ4 lib Version=%s", LZ4_versionString());
481     __rust_demo_func();
482     // 对completion完成量进行测试
483     // __test_completion();
484 
485     // // 对一些组件进行单元测试
486     // uint64_t tpid[] = {
487     //     ktest_start(ktest_test_bitree, 0), ktest_start(ktest_test_kfifo, 0), ktest_start(ktest_test_mutex, 0),
488     //     ktest_start(ktest_test_idr, 0),
489     //     // usb_pid,
490     // };
491     // kinfo("Waiting test thread exit...");
492     // // 等待测试进程退出
493     // for (int i = 0; i < sizeof(tpid) / sizeof(uint64_t); ++i)
494     //     waitpid(tpid[i], NULL, NULL);
495     // kinfo("All test done.");
496 
497     // 准备切换到用户态
498     struct pt_regs *regs;
499 
500     // 若在后面这段代码中触发中断,return时会导致段选择子错误,从而触发#GP,因此这里需要cli
501     cli();
502     current_pcb->thread->rip = (ul)ret_from_system_call;
503     current_pcb->thread->rsp = (ul)current_pcb + STACK_SIZE - sizeof(struct pt_regs);
504     current_pcb->thread->fs = USER_DS | 0x3;
505     barrier();
506     current_pcb->thread->gs = USER_DS | 0x3;
507 
508     // 主动放弃内核线程身份
509     current_pcb->flags &= (~PF_KTHREAD);
510     kdebug("in initial_kernel_thread: flags=%ld", current_pcb->flags);
511 
512     regs = (struct pt_regs *)current_pcb->thread->rsp;
513     // kdebug("current_pcb->thread->rsp=%#018lx", current_pcb->thread->rsp);
514     current_pcb->flags = 0;
515     // 将返回用户层的代码压入堆栈,向rdx传入regs的地址,然后jmp到do_execve这个系统调用api的处理函数
516     // 这里的设计思路和switch_proc类似 加载用户态程序:shell.elf
517     __asm__ __volatile__("movq %1, %%rsp   \n\t"
518                          "pushq %2    \n\t"
519                          "jmp do_execve  \n\t" ::"D"(current_pcb->thread->rsp),
520                          "m"(current_pcb->thread->rsp), "m"(current_pcb->thread->rip), "S"("/bin/shell.elf"), "c"(NULL),
521                          "d"(NULL)
522                          : "memory");
523 
524     return 1;
525 }
526 #pragma GCC pop_options
527 /**
528  * @brief 当子进程退出后向父进程发送通知
529  *
530  */
process_exit_notify()531 void process_exit_notify()
532 {
533 
534     wait_queue_wakeup(&current_pcb->parent_pcb->wait_child_proc_exit, PROC_INTERRUPTIBLE);
535 }
536 /**
537  * @brief 进程退出时执行的函数
538  *
539  * @param code 返回码
540  * @return ul
541  */
process_do_exit(ul code)542 ul process_do_exit(ul code)
543 {
544     // kinfo("process exiting..., code is %ld.", (long)code);
545     cli();
546     struct process_control_block *pcb = current_pcb;
547 
548     // 进程退出时释放资源
549     process_exit_files(pcb);
550     process_exit_thread(pcb);
551     // todo: 可否在这里释放内存结构体?(在判断共享页引用问题之后)
552 
553     pcb->state = PROC_ZOMBIE;
554     pcb->exit_code = code;
555     sti();
556 
557     process_exit_notify();
558     sched();
559 
560     while (1)
561         pause();
562 }
563 
564 /**
565  * @brief 初始化内核进程
566  *
567  * @param fn 目标程序的地址
568  * @param arg 向目标程序传入的参数
569  * @param flags
570  * @return int
571  */
572 
kernel_thread(int (* fn)(void *),void * arg,unsigned long flags)573 pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
574 {
575     struct pt_regs regs;
576     barrier();
577     memset(&regs, 0, sizeof(regs));
578     barrier();
579     // 在rbx寄存器中保存进程的入口地址
580     regs.rbx = (ul)fn;
581     // 在rdx寄存器中保存传入的参数
582     regs.rdx = (ul)arg;
583     barrier();
584     regs.ds = KERNEL_DS;
585     barrier();
586     regs.es = KERNEL_DS;
587     barrier();
588     regs.cs = KERNEL_CS;
589     barrier();
590     regs.ss = KERNEL_DS;
591     barrier();
592 
593     // 置位中断使能标志位
594     regs.rflags = (1 << 9);
595     barrier();
596     // rip寄存器指向内核线程的引导程序
597     regs.rip = (ul)kernel_thread_func;
598     barrier();
599     // kdebug("kernel_thread_func=%#018lx", kernel_thread_func);
600     // kdebug("&kernel_thread_func=%#018lx", &kernel_thread_func);
601     // kdebug("1111\tregs.rip = %#018lx", regs.rip);
602     return do_fork(&regs, flags | CLONE_VM, 0, 0);
603 }
604 
605 /**
606  * @brief 初始化进程模块
607  * ☆前置条件:已完成系统调用模块的初始化
608  */
process_init()609 void process_init()
610 {
611     kinfo("Initializing process...");
612 
613     initial_tss[proc_current_cpu_id].rsp0 = initial_thread.rbp;
614 
615     /*
616     kdebug("initial_thread.rbp=%#018lx", initial_thread.rbp);
617     kdebug("initial_tss[0].rsp1=%#018lx", initial_tss[0].rsp1);
618     kdebug("initial_tss[0].ist1=%#018lx", initial_tss[0].ist1);
619 */
620     // 初始化pid的写锁
621 
622     spin_init(&process_global_pid_write_lock);
623 
624     // 初始化进程的循环链表
625     list_init(&initial_proc_union.pcb.list);
626     wait_queue_init(&initial_proc_union.pcb.wait_child_proc_exit, NULL);
627 
628     // 初始化init进程的signal相关的信息
629     initial_proc_init_signal(current_pcb);
630     // 临时设置IDLE进程的的虚拟运行时间为0,防止下面的这些内核线程的虚拟运行时间出错
631     current_pcb->virtual_runtime = 0;
632     barrier();
633     kernel_thread(initial_kernel_thread, 10, CLONE_FS | CLONE_SIGNAL); // 初始化内核线程
634     barrier();
635     kthread_mechanism_init(); // 初始化kthread机制
636 
637     initial_proc_union.pcb.state = PROC_RUNNING;
638     initial_proc_union.pcb.preempt_count = 0;
639     initial_proc_union.pcb.cpu_id = 0;
640     initial_proc_union.pcb.virtual_runtime = (1UL << 60);
641     // 将IDLE进程的虚拟运行时间设置为一个很大的数值
642     current_pcb->virtual_runtime = (1UL << 60);
643 }
644 
645 /**
646  * @brief 根据pid获取进程的pcb。存在对应的pcb时,返回对应的pcb的指针,否则返回NULL
647  *  当进程管理模块拥有pcblist_lock之后,调用本函数之前,应当对其加锁
648  * @param pid
649  * @return struct process_control_block*
650  */
process_find_pcb_by_pid(pid_t pid)651 struct process_control_block *process_find_pcb_by_pid(pid_t pid)
652 {
653     // todo: 当进程管理模块拥有pcblist_lock之后,对其加锁
654     struct process_control_block *pcb = initial_proc_union.pcb.next_pcb;
655 
656     // 使用蛮力法搜索指定pid的pcb
657     // todo: 使用哈希表来管理pcb
658     for (; pcb != &initial_proc_union.pcb; pcb = pcb->next_pcb)
659     {
660         if (pcb->pid == pid)
661             return pcb;
662     }
663     return NULL;
664 }
665 
666 /**
667  * @brief 将进程加入到调度器的就绪队列中.
668  *
669  * @param pcb 进程的pcb
670  *
671  * @return true 成功加入调度队列
672  * @return false 进程已经在运行
673  */
process_wakeup(struct process_control_block * pcb)674 int process_wakeup(struct process_control_block *pcb)
675 {
676     // kdebug("pcb pid = %#018lx", pcb->pid);
677 
678     BUG_ON(pcb == NULL);
679     if (pcb == NULL)
680         return -EINVAL;
681     // 如果pcb正在调度队列中,则不重复加入调度队列
682     if (pcb->state & PROC_RUNNING)
683         return 0;
684 
685     pcb->state |= PROC_RUNNING;
686     sched_enqueue(pcb);
687     return 1;
688 }
689 
690 /**
691  * @brief 将进程加入到调度器的就绪队列中,并标志当前进程需要被调度
692  *
693  * @param pcb 进程的pcb
694  */
process_wakeup_immediately(struct process_control_block * pcb)695 int process_wakeup_immediately(struct process_control_block *pcb)
696 {
697     if (pcb->state & PROC_RUNNING)
698         return 0;
699     int retval = process_wakeup(pcb);
700     if (retval != 0)
701         return retval;
702     // 将当前进程标志为需要调度,缩短新进程被wakeup的时间
703     current_pcb->flags |= PF_NEED_SCHED;
704 }
705 
706 /**
707  * @brief 回收进程的所有文件描述符
708  *
709  * @param pcb 要被回收的进程的pcb
710  * @return uint64_t
711  */
process_exit_files(struct process_control_block * pcb)712 uint64_t process_exit_files(struct process_control_block *pcb)
713 {
714     // 不与父进程共享文件描述符
715     if (!(pcb->flags & PF_VFORK))
716     {
717 
718         for (int i = 0; i < PROC_MAX_FD_NUM; ++i)
719         {
720             if (pcb->fds[i] == NULL)
721                 continue;
722             kfree(pcb->fds[i]);
723         }
724     }
725     // 清空当前进程的文件描述符列表
726     memset(pcb->fds, 0, sizeof(struct vfs_file_t *) * PROC_MAX_FD_NUM);
727 }
728 
729 /**
730  * @brief 释放进程的页表
731  *
732  * @param pcb 要被释放页表的进程
733  * @return uint64_t
734  */
process_exit_mm(struct process_control_block * pcb)735 uint64_t process_exit_mm(struct process_control_block *pcb)
736 {
737     if (pcb->flags & CLONE_VM)
738         return 0;
739     if (pcb->mm == NULL)
740     {
741         kdebug("pcb->mm==NULL");
742         return 0;
743     }
744     if (pcb->mm->pgd == NULL)
745     {
746         kdebug("pcb->mm->pgd==NULL");
747         return 0;
748     }
749 
750     // // 获取顶层页表
751     pml4t_t *current_pgd = (pml4t_t *)phys_2_virt(pcb->mm->pgd);
752 
753     // 循环释放VMA中的内存
754     struct vm_area_struct *vma = pcb->mm->vmas;
755     while (vma != NULL)
756     {
757 
758         struct vm_area_struct *cur_vma = vma;
759         vma = cur_vma->vm_next;
760 
761         uint64_t pa;
762         // kdebug("vm start=%#018lx, sem=%d", cur_vma->vm_start, cur_vma->anon_vma->sem.counter);
763         mm_unmap_vma(pcb->mm, cur_vma, &pa);
764 
765         uint64_t size = (cur_vma->vm_end - cur_vma->vm_start);
766 
767         // 释放内存
768         switch (size)
769         {
770         case PAGE_4K_SIZE:
771             kfree(phys_2_virt(pa));
772             break;
773         default:
774             break;
775         }
776         vm_area_del(cur_vma);
777         vm_area_free(cur_vma);
778     }
779 
780     // 释放顶层页表
781     kfree(current_pgd);
782     if (unlikely(pcb->mm->vmas != NULL))
783     {
784         kwarn("pcb.mm.vmas!=NULL");
785     }
786     // 释放内存空间分布结构体
787     kfree(pcb->mm);
788 
789     return 0;
790 }
791 
792 /**
793  * @brief todo: 回收线程结构体
794  *
795  * @param pcb
796  */
process_exit_thread(struct process_control_block * pcb)797 void process_exit_thread(struct process_control_block *pcb)
798 {
799 }
800 
801 /**
802  * @brief 释放pcb
803  *
804  * @param pcb 要被释放的pcb
805  * @return int
806  */
process_release_pcb(struct process_control_block * pcb)807 int process_release_pcb(struct process_control_block *pcb)
808 {
809     // 释放子进程的页表
810     process_exit_mm(pcb);
811     if ((pcb->flags & PF_KTHREAD)) // 释放内核线程的worker private结构体
812         free_kthread_struct(pcb);
813 
814     // 将pcb从pcb链表中移除
815     // todo: 对相关的pcb加锁
816     pcb->prev_pcb->next_pcb = pcb->next_pcb;
817     pcb->next_pcb->prev_pcb = pcb->prev_pcb;
818     process_exit_sighand(pcb);
819     process_exit_signal(pcb);
820     // 释放当前pcb
821     kfree(pcb);
822     return 0;
823 }
824 
825 /**
826  * @brief 申请可用的文件句柄
827  *
828  * @return int
829  */
process_fd_alloc(struct vfs_file_t * file)830 int process_fd_alloc(struct vfs_file_t *file)
831 {
832     int fd_num = -1;
833     struct vfs_file_t **f = current_pcb->fds;
834 
835     for (int i = 0; i < PROC_MAX_FD_NUM; ++i)
836     {
837         /* 找到指针数组中的空位 */
838         if (f[i] == NULL)
839         {
840             fd_num = i;
841             f[i] = file;
842             break;
843         }
844     }
845     return fd_num;
846 }
847 
848 /**
849  * @brief 给pcb设置名字
850  *
851  * @param pcb 需要设置名字的pcb
852  * @param pcb_name 保存名字的char数组
853  */
__set_pcb_name(struct process_control_block * pcb,const char * pcb_name)854 static void __set_pcb_name(struct process_control_block *pcb, const char *pcb_name)
855 {
856     // todo:给pcb加锁
857     //  spin_lock(&pcb->alloc_lock);
858     strncpy(pcb->name, pcb_name, PCB_NAME_LEN);
859     // spin_unlock(&pcb->alloc_lock);
860 }
861 
862 /**
863  * @brief 给pcb设置名字
864  *
865  * @param pcb 需要设置名字的pcb
866  * @param pcb_name 保存名字的char数组
867  */
process_set_pcb_name(struct process_control_block * pcb,const char * pcb_name)868 void process_set_pcb_name(struct process_control_block *pcb, const char *pcb_name)
869 {
870     __set_pcb_name(pcb, pcb_name);
871 }
872