1 use core::{intrinsics::unlikely, sync::atomic::Ordering}; 2 3 use alloc::{string::ToString, sync::Arc}; 4 use log::error; 5 use system_error::SystemError; 6 7 use crate::{ 8 arch::{interrupt::TrapFrame, ipc::signal::Signal}, 9 filesystem::procfs::procfs_register_pid, 10 ipc::signal::flush_signal_handlers, 11 libs::rwlock::RwLock, 12 mm::VirtAddr, 13 process::ProcessFlags, 14 sched::{sched_cgroup_fork, sched_fork}, 15 smp::core::smp_get_processor_id, 16 syscall::user_access::UserBufferWriter, 17 }; 18 19 use super::{ 20 kthread::{KernelThreadPcbPrivate, WorkerPrivate}, 21 KernelStack, Pid, ProcessControlBlock, ProcessManager, 22 }; 23 24 bitflags! { 25 /// 进程克隆标志 26 pub struct CloneFlags: u64 { 27 /// 在进程间共享虚拟内存空间 28 const CLONE_VM = 0x00000100; 29 /// 在进程间共享文件系统信息 30 const CLONE_FS = 0x00000200; 31 /// 共享打开的文件 32 const CLONE_FILES = 0x00000400; 33 /// 克隆时，与父进程共享信号处理结构体 34 const CLONE_SIGHAND = 0x00000800; 35 /// 返回进程的文件描述符 36 const CLONE_PIDFD = 0x00001000; 37 /// 使克隆对象成为父进程的跟踪对象 38 const CLONE_PTRACE = 0x00002000; 39 /// 在执行 exec() 或 _exit() 之前挂起父进程的执行 40 const CLONE_VFORK = 0x00004000; 41 /// 使克隆对象的父进程为调用进程的父进程 42 const CLONE_PARENT = 0x00008000; 43 /// 拷贝线程 44 const CLONE_THREAD = 0x00010000; 45 /// 创建一个新的命名空间，其中包含独立的文件系统挂载点层次结构。 46 const CLONE_NEWNS = 0x00020000; 47 /// 与父进程共享 System V 信号量。 48 const CLONE_SYSVSEM = 0x00040000; 49 /// 设置其线程本地存储 50 const CLONE_SETTLS = 0x00080000; 51 /// 设置partent_tid地址为子进程线程 ID 52 const CLONE_PARENT_SETTID = 0x00100000; 53 /// 在子进程中设置一个清除线程 ID 的用户空间地址 54 const CLONE_CHILD_CLEARTID = 0x00200000; 55 /// 创建一个新线程，将其设置为分离状态 56 const CLONE_DETACHED = 0x00400000; 57 /// 使其在创建者进程或线程视角下成为无法跟踪的。 58 const CLONE_UNTRACED = 0x00800000; 59 /// 设置其子进程线程 ID 60 const CLONE_CHILD_SETTID = 0x01000000; 61 /// 将其放置在一个新的 cgroup 命名空间中 62 const CLONE_NEWCGROUP = 0x02000000; 63 /// 将其放置在一个新的 UTS 命名空间中 64 const CLONE_NEWUTS = 0x04000000; 65 /// 将其放置在一个新的 IPC 命名空间中 66 const CLONE_NEWIPC = 0x08000000; 67 /// 将其放置在一个新的用户命名空间中 68 const CLONE_NEWUSER = 0x10000000; 69 /// 将其放置在一个新的 PID 命名空间中 70 const CLONE_NEWPID = 0x20000000; 71 /// 将其放置在一个新的网络命名空间中 72 const CLONE_NEWNET = 0x40000000; 73 /// 在新的 I/O 上下文中运行它 74 const CLONE_IO = 0x80000000; 75 /// 克隆时，与父进程共享信号结构体 76 const CLONE_SIGNAL = 0x00010000 | 0x00000800; 77 /// 克隆时，将原本被设置为SIG_IGNORE的信号，设置回SIG_DEFAULT 78 const CLONE_CLEAR_SIGHAND = 0x100000000; 79 } 80 } 81 82 /// ## clone与clone3系统调用的参数载体 83 /// 84 /// 因为这两个系统调用的参数很多，所以有这样一个载体更灵活 85 /// 86 /// 仅仅作为参数传递 87 #[derive(Debug, Clone, Copy)] 88 #[allow(dead_code)] 89 pub struct KernelCloneArgs { 90 pub flags: CloneFlags, 91 92 // 下列属性均来自用户空间 93 pub pidfd: VirtAddr, 94 pub child_tid: VirtAddr, 95 pub parent_tid: VirtAddr, 96 pub set_tid: VirtAddr, 97 98 /// 进程退出时发送的信号 99 pub exit_signal: Signal, 100 101 pub stack: usize, 102 // clone3用到 103 pub stack_size: usize, 104 pub tls: usize, 105 106 pub set_tid_size: usize, 107 pub cgroup: i32, 108 109 pub io_thread: bool, 110 pub kthread: bool, 111 pub idle: bool, 112 pub func: VirtAddr, 113 pub fn_arg: VirtAddr, 114 // cgrp 和 cset? 115 } 116 117 impl KernelCloneArgs { 118 pub fn new() -> Self { 119 let null_addr = VirtAddr::new(0); 120 Self { 121 flags: unsafe { CloneFlags::from_bits_unchecked(0) }, 122 pidfd: null_addr, 123 child_tid: null_addr, 124 parent_tid: null_addr, 125 set_tid: null_addr, 126 exit_signal: Signal::SIGCHLD, 127 stack: 0, 128 stack_size: 0, 129 tls: 0, 130 set_tid_size: 0, 131 cgroup: 0, 132 io_thread: false, 133 kthread: false, 134 idle: false, 135 func: null_addr, 136 fn_arg: null_addr, 137 } 138 } 139 } 140 141 impl ProcessManager { 142 /// 创建一个新进程 143 /// 144 /// ## 参数 145 /// 146 /// - `current_trapframe`: 当前进程的trapframe 147 /// - `clone_flags`: 进程克隆标志 148 /// 149 /// ## 返回值 150 /// 151 /// - 成功：返回新进程的pid 152 /// - 失败：返回Err(SystemError)，fork失败的话，子线程不会执行。 153 /// 154 /// ## Safety 155 /// 156 /// - fork失败的话，子线程不会执行。 157 pub fn fork( 158 current_trapframe: &TrapFrame, 159 clone_flags: CloneFlags, 160 ) -> Result<Pid, SystemError> { 161 let current_pcb = ProcessManager::current_pcb(); 162 163 let new_kstack: KernelStack = KernelStack::new()?; 164 165 let name = current_pcb.basic().name().to_string(); 166 167 let pcb = ProcessControlBlock::new(name, new_kstack); 168 169 pcb.sig_info_mut() 170 .set_tty(current_pcb.sig_info_irqsave().tty()); 171 172 let mut args = KernelCloneArgs::new(); 173 args.flags = clone_flags; 174 args.exit_signal = Signal::SIGCHLD; 175 Self::copy_process(¤t_pcb, &pcb, args, current_trapframe).map_err(|e| { 176 error!( 177 "fork: Failed to copy process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 178 current_pcb.pid(), 179 pcb.pid(), 180 e 181 ); 182 e 183 })?; 184 ProcessManager::add_pcb(pcb.clone()); 185 186 // 向procfs注册进程 187 procfs_register_pid(pcb.pid()).unwrap_or_else(|e| { 188 panic!( 189 "fork: Failed to register pid to procfs, pid: [{:?}]. Error: {:?}", 190 pcb.pid(), 191 e 192 ) 193 }); 194 195 pcb.sched_info().set_on_cpu(Some(smp_get_processor_id())); 196 197 ProcessManager::wakeup(&pcb).unwrap_or_else(|e| { 198 panic!( 199 "fork: Failed to wakeup new process, pid: [{:?}]. Error: {:?}", 200 pcb.pid(), 201 e 202 ) 203 }); 204 205 return Ok(pcb.pid()); 206 } 207 208 fn copy_flags( 209 clone_flags: &CloneFlags, 210 new_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 211 ) -> Result<(), SystemError> { 212 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_VM) { 213 new_pcb.flags().insert(ProcessFlags::VFORK); 214 } 215 *new_pcb.flags.get_mut() = *ProcessManager::current_pcb().flags(); 216 return Ok(()); 217 } 218 219 /// 拷贝进程的地址空间 220 /// 221 /// ## 参数 222 /// 223 /// - `clone_vm`: 是否与父进程共享地址空间。true表示共享 224 /// - `new_pcb`: 新进程的pcb 225 /// 226 /// ## 返回值 227 /// 228 /// - 成功：返回Ok(()) 229 /// - 失败：返回Err(SystemError) 230 /// 231 /// ## Panic 232 /// 233 /// - 如果当前进程没有用户地址空间，则panic 234 #[inline(never)] 235 fn copy_mm( 236 clone_flags: &CloneFlags, 237 current_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 238 new_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 239 ) -> Result<(), SystemError> { 240 let old_address_space = current_pcb.basic().user_vm().unwrap_or_else(|| { 241 panic!( 242 "copy_mm: Failed to get address space of current process, current pid: [{:?}]", 243 current_pcb.pid() 244 ) 245 }); 246 247 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_VM) { 248 unsafe { new_pcb.basic_mut().set_user_vm(Some(old_address_space)) }; 249 return Ok(()); 250 } 251 let new_address_space = old_address_space.write_irqsave().try_clone().unwrap_or_else(|e| { 252 panic!( 253 "copy_mm: Failed to clone address space of current process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 254 current_pcb.pid(), new_pcb.pid(), e 255 ) 256 }); 257 unsafe { new_pcb.basic_mut().set_user_vm(Some(new_address_space)) }; 258 return Ok(()); 259 } 260 261 #[inline(never)] 262 fn copy_files( 263 clone_flags: &CloneFlags, 264 current_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 265 new_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 266 ) -> Result<(), SystemError> { 267 // 如果不共享文件描述符表，则拷贝文件描述符表 268 if !clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_FILES) { 269 let new_fd_table = current_pcb.basic().fd_table().unwrap().read().clone(); 270 let new_fd_table = Arc::new(RwLock::new(new_fd_table)); 271 new_pcb.basic_mut().set_fd_table(Some(new_fd_table)); 272 } else { 273 // 如果共享文件描述符表，则直接拷贝指针 274 new_pcb 275 .basic_mut() 276 .set_fd_table(current_pcb.basic().fd_table().clone()); 277 } 278 279 return Ok(()); 280 } 281 282 #[allow(dead_code)] 283 fn copy_sighand( 284 clone_flags: &CloneFlags, 285 current_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 286 new_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 287 ) -> Result<(), SystemError> { 288 // // 将信号的处理函数设置为default(除了那些被手动屏蔽的) 289 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_CLEAR_SIGHAND) { 290 flush_signal_handlers(new_pcb.clone(), false); 291 } 292 293 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_SIGHAND) { 294 new_pcb.sig_struct_irqsave().handlers = current_pcb.sig_struct_irqsave().handlers; 295 } 296 return Ok(()); 297 } 298 299 /// 拷贝进程信息 300 /// 301 /// ## panic: 302 /// 某一步拷贝失败时会引发panic 303 /// 例如：copy_mm等失败时会触发panic 304 /// 305 /// ## 参数 306 /// 307 /// - clone_flags 标志位 308 /// - current_pcb 拷贝源pcb 309 /// - pcb 目标pcb 310 /// 311 /// ## return 312 /// - 发生错误时返回Err(SystemError) 313 #[inline(never)] 314 pub fn copy_process( 315 current_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 316 pcb: &Arc<ProcessControlBlock>, 317 clone_args: KernelCloneArgs, 318 current_trapframe: &TrapFrame, 319 ) -> Result<(), SystemError> { 320 let clone_flags = clone_args.flags; 321 // 不允许与不同namespace的进程共享根目录 322 if (clone_flags == (CloneFlags::CLONE_NEWNS | CloneFlags::CLONE_FS)) 323 || clone_flags == (CloneFlags::CLONE_NEWUSER | CloneFlags::CLONE_FS) 324 { 325 return Err(SystemError::EINVAL); 326 } 327 328 // 线程组必须共享信号，分离线程只能在线程组内启动。 329 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_THREAD) 330 && !clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_SIGHAND) 331 { 332 return Err(SystemError::EINVAL); 333 } 334 335 // 共享信号处理器意味着共享vm。 336 // 线程组也意味着共享vm。阻止这种情况可以简化其他代码。 337 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_SIGHAND) 338 && !clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_VM) 339 { 340 return Err(SystemError::EINVAL); 341 } 342 343 // TODO: 处理CLONE_PARENT 与 SIGNAL_UNKILLABLE的情况 344 345 // 如果新进程使用不同的 pid 或 namespace， 346 // 则不允许它与分叉任务共享线程组。 347 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_THREAD) 348 && clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_NEWUSER | CloneFlags::CLONE_NEWPID) 349 { 350 return Err(SystemError::EINVAL); 351 // TODO: 判断新进程与当前进程namespace是否相同，不同则返回错误 352 } 353 354 // 如果新进程将处于不同的time namespace， 355 // 则不能让它共享vm或线程组。 356 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_THREAD | CloneFlags::CLONE_VM) { 357 // TODO: 判断time namespace，不同则返回错误 358 } 359 360 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_PIDFD) 361 && clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_DETACHED | CloneFlags::CLONE_THREAD) 362 { 363 return Err(SystemError::EINVAL); 364 } 365 366 // TODO: 克隆前应该锁信号处理，等待克隆完成后再处理 367 368 // 克隆架构相关 369 let guard = current_pcb.arch_info_irqsave(); 370 unsafe { pcb.arch_info().clone_from(&guard) }; 371 drop(guard); 372 373 // 为内核线程设置WorkerPrivate 374 if current_pcb.flags().contains(ProcessFlags::KTHREAD) { 375 *pcb.worker_private() = 376 Some(WorkerPrivate::KernelThread(KernelThreadPcbPrivate::new())); 377 } 378 379 // 设置clear_child_tid，在线程结束时将其置0以通知父进程 380 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_CHILD_CLEARTID) { 381 pcb.thread.write_irqsave().clear_child_tid = Some(clone_args.child_tid); 382 } 383 384 // 设置child_tid，意味着子线程能够知道自己的id 385 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_CHILD_SETTID) { 386 pcb.thread.write_irqsave().set_child_tid = Some(clone_args.child_tid); 387 } 388 389 // 将子进程/线程的id存储在用户态传进的地址中 390 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_PARENT_SETTID) { 391 let mut writer = UserBufferWriter::new( 392 clone_args.parent_tid.data() as *mut i32, 393 core::mem::size_of::<i32>(), 394 true, 395 )?; 396 397 writer.copy_one_to_user(&(pcb.pid().0 as i32), 0)?; 398 } 399 400 sched_fork(pcb).unwrap_or_else(|e| { 401 panic!( 402 "fork: Failed to set sched info from current process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 403 current_pcb.pid(), pcb.pid(), e 404 ) 405 }); 406 407 // 拷贝标志位 408 Self::copy_flags(&clone_flags, pcb).unwrap_or_else(|e| { 409 panic!( 410 "fork: Failed to copy flags from current process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 411 current_pcb.pid(), pcb.pid(), e 412 ) 413 }); 414 415 // 拷贝用户地址空间 416 Self::copy_mm(&clone_flags, current_pcb, pcb).unwrap_or_else(|e| { 417 panic!( 418 "fork: Failed to copy mm from current process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 419 current_pcb.pid(), pcb.pid(), e 420 ) 421 }); 422 423 // 拷贝文件描述符表 424 Self::copy_files(&clone_flags, current_pcb, pcb).unwrap_or_else(|e| { 425 panic!( 426 "fork: Failed to copy files from current process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 427 current_pcb.pid(), pcb.pid(), e 428 ) 429 }); 430 431 // 拷贝信号相关数据 432 Self::copy_sighand(&clone_flags, current_pcb, pcb).unwrap_or_else(|e| { 433 panic!( 434 "fork: Failed to copy sighand from current process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 435 current_pcb.pid(), pcb.pid(), e 436 ) 437 }); 438 439 // 拷贝线程 440 Self::copy_thread(current_pcb, pcb, clone_args,current_trapframe).unwrap_or_else(|e| { 441 panic!( 442 "fork: Failed to copy thread from current process, current pid: [{:?}], new pid: [{:?}]. Error: {:?}", 443 current_pcb.pid(), pcb.pid(), e 444 ) 445 }); 446 447 // 设置线程组id、组长 448 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_THREAD) { 449 pcb.thread.write_irqsave().group_leader = 450 current_pcb.thread.read_irqsave().group_leader.clone(); 451 unsafe { 452 let ptr = pcb.as_ref() as *const ProcessControlBlock as *mut ProcessControlBlock; 453 (*ptr).tgid = current_pcb.tgid; 454 } 455 } else { 456 pcb.thread.write_irqsave().group_leader = Arc::downgrade(pcb); 457 unsafe { 458 let ptr = pcb.as_ref() as *const ProcessControlBlock as *mut ProcessControlBlock; 459 (*ptr).tgid = pcb.tgid; 460 } 461 } 462 463 // CLONE_PARENT re-uses the old parent 464 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_PARENT | CloneFlags::CLONE_THREAD) { 465 *pcb.real_parent_pcb.write_irqsave() = 466 current_pcb.real_parent_pcb.read_irqsave().clone(); 467 468 if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_THREAD) { 469 pcb.exit_signal.store(Signal::INVALID, Ordering::SeqCst); 470 } else { 471 let leader = current_pcb.thread.read_irqsave().group_leader(); 472 if unlikely(leader.is_none()) { 473 panic!( 474 "fork: Failed to get leader of current process, current pid: [{:?}]", 475 current_pcb.pid() 476 ); 477 } 478 479 pcb.exit_signal.store( 480 leader.unwrap().exit_signal.load(Ordering::SeqCst), 481 Ordering::SeqCst, 482 ); 483 } 484 } else { 485 // 新创建的进程，设置其父进程为当前进程 486 *pcb.real_parent_pcb.write_irqsave() = Arc::downgrade(current_pcb); 487 pcb.exit_signal 488 .store(clone_args.exit_signal, Ordering::SeqCst); 489 } 490 491 // todo: 增加线程组相关的逻辑。 参考 https://code.dragonos.org.cn/xref/linux-6.1.9/kernel/fork.c#2437 492 493 sched_cgroup_fork(pcb); 494 495 Ok(()) 496 } 497 } 498