xref: /DragonOS/kernel/src/time/timer.rs (revision 79a452ce8f27ad9c7283ac0bcf4078ed6fa018d7)
1bacd691cSlogin use core::sync::atomic::{AtomicBool, Ordering};
2bacd691cSlogin 
3bacd691cSlogin use alloc::{
4bacd691cSlogin     boxed::Box,
5bacd691cSlogin     collections::LinkedList,
6bacd691cSlogin     sync::{Arc, Weak},
7bacd691cSlogin };
8bacd691cSlogin 
9bacd691cSlogin use crate::{
10bacd691cSlogin     arch::{
11bacd691cSlogin         asm::current::current_pcb,
12bacd691cSlogin         interrupt::{cli, sti},
13bacd691cSlogin         sched::sched,
14bacd691cSlogin     },
15bacd691cSlogin     exception::softirq::{softirq_vectors, SoftirqNumber, SoftirqVec},
16bacd691cSlogin     include::bindings::bindings::{process_control_block, process_wakeup, pt_regs, PROC_RUNNING},
17bacd691cSlogin     kdebug, kerror,
18bacd691cSlogin     libs::spinlock::SpinLock,
19bacd691cSlogin     syscall::SystemError,
20bacd691cSlogin };
21bacd691cSlogin 
22bacd691cSlogin const MAX_TIMEOUT: i64 = i64::MAX;
23bacd691cSlogin const TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD: usize = 20;
24bacd691cSlogin static mut TIMER_JIFFIES: u64 = 0;
25bacd691cSlogin 
26bacd691cSlogin lazy_static! {
27bacd691cSlogin     pub static ref TIMER_LIST: SpinLock<LinkedList<Arc<Timer>>> = SpinLock::new(LinkedList::new());
28bacd691cSlogin }
29bacd691cSlogin 
30bacd691cSlogin /// 定时器要执行的函数的特征
31bacd691cSlogin pub trait TimerFunction: Send + Sync {
32bacd691cSlogin     fn run(&mut self);
33bacd691cSlogin }
34bacd691cSlogin 
35bacd691cSlogin /// WakeUpHelper函数对应的结构体
36bacd691cSlogin pub struct WakeUpHelper {
37bacd691cSlogin     pcb: &'static mut process_control_block,
38bacd691cSlogin }
39bacd691cSlogin 
40bacd691cSlogin impl WakeUpHelper {
41bacd691cSlogin     pub fn new(pcb: &'static mut process_control_block) -> Box<WakeUpHelper> {
42bacd691cSlogin         return Box::new(WakeUpHelper { pcb });
43bacd691cSlogin     }
44bacd691cSlogin }
45bacd691cSlogin 
46bacd691cSlogin impl TimerFunction for WakeUpHelper {
47bacd691cSlogin     fn run(&mut self) {
48bacd691cSlogin         unsafe {
49bacd691cSlogin             process_wakeup(self.pcb);
50bacd691cSlogin         }
51bacd691cSlogin     }
52bacd691cSlogin }
53bacd691cSlogin 
54bacd691cSlogin pub struct Timer(SpinLock<InnerTimer>);
55bacd691cSlogin 
56bacd691cSlogin impl Timer {
57bacd691cSlogin     /// @brief 创建一个定时器(单位:ms)
58bacd691cSlogin     ///
59bacd691cSlogin     /// @param timer_func 定时器需要执行的函数对应的结构体
60bacd691cSlogin     ///
61bacd691cSlogin     /// @param expire_jiffies 定时器结束时刻
62bacd691cSlogin     ///
63bacd691cSlogin     /// @return 定时器结构体
64bacd691cSlogin     pub fn new(timer_func: Box<dyn TimerFunction>, expire_jiffies: u64) -> Arc<Self> {
65bacd691cSlogin         let result: Arc<Timer> = Arc::new(Timer(SpinLock::new(InnerTimer {
66bacd691cSlogin             expire_jiffies,
67bacd691cSlogin             timer_func,
68bacd691cSlogin             self_ref: Weak::default(),
69bacd691cSlogin         })));
70bacd691cSlogin 
71bacd691cSlogin         result.0.lock().self_ref = Arc::downgrade(&result);
72bacd691cSlogin 
73bacd691cSlogin         return result;
74bacd691cSlogin     }
75bacd691cSlogin 
76bacd691cSlogin     /// @brief 将定时器插入到定时器链表中
77bacd691cSlogin     pub fn activate(&self) {
78bacd691cSlogin         let timer_list = &mut TIMER_LIST.lock();
79bacd691cSlogin         let inner_guard = self.0.lock();
80bacd691cSlogin         // 链表为空,则直接插入
81bacd691cSlogin         if timer_list.is_empty() {
82bacd691cSlogin             // FIXME push_timer
83bacd691cSlogin             timer_list.push_back(inner_guard.self_ref.upgrade().unwrap());
84bacd691cSlogin             return;
85bacd691cSlogin         }
86bacd691cSlogin 
87bacd691cSlogin         let mut split_pos: usize = 0;
88bacd691cSlogin         for (pos, elt) in timer_list.iter().enumerate() {
89bacd691cSlogin             if elt.0.lock().expire_jiffies > inner_guard.expire_jiffies {
90bacd691cSlogin                 split_pos = pos;
91bacd691cSlogin                 break;
92bacd691cSlogin             }
93bacd691cSlogin         }
94bacd691cSlogin         let mut temp_list: LinkedList<Arc<Timer>> = timer_list.split_off(split_pos);
95bacd691cSlogin         timer_list.push_back(inner_guard.self_ref.upgrade().unwrap());
96bacd691cSlogin         timer_list.append(&mut temp_list);
97bacd691cSlogin     }
98bacd691cSlogin 
99bacd691cSlogin     #[inline]
100bacd691cSlogin     fn run(&self) {
101bacd691cSlogin         self.0.lock().timer_func.run();
102bacd691cSlogin     }
103bacd691cSlogin }
104bacd691cSlogin 
105bacd691cSlogin /// 定时器类型
106bacd691cSlogin pub struct InnerTimer {
107bacd691cSlogin     /// 定时器结束时刻
108bacd691cSlogin     pub expire_jiffies: u64,
109bacd691cSlogin     /// 定时器需要执行的函数结构体
110bacd691cSlogin     pub timer_func: Box<dyn TimerFunction>,
111bacd691cSlogin     /// self_ref
112bacd691cSlogin     self_ref: Weak<Timer>,
113bacd691cSlogin }
114bacd691cSlogin 
115bacd691cSlogin #[derive(Debug)]
116bacd691cSlogin pub struct DoTimerSoftirq {
117bacd691cSlogin     running: AtomicBool,
118bacd691cSlogin }
119bacd691cSlogin 
120bacd691cSlogin impl DoTimerSoftirq {
121bacd691cSlogin     pub fn new() -> Self {
122bacd691cSlogin         return DoTimerSoftirq {
123bacd691cSlogin             running: AtomicBool::new(false),
124bacd691cSlogin         };
125bacd691cSlogin     }
126bacd691cSlogin 
127bacd691cSlogin     fn set_run(&self) -> bool {
128bacd691cSlogin         let x = self
129bacd691cSlogin             .running
130bacd691cSlogin             .compare_exchange(false, true, Ordering::Acquire, Ordering::Relaxed);
131bacd691cSlogin         if x.is_ok() {
132bacd691cSlogin             return true;
133bacd691cSlogin         } else {
134bacd691cSlogin             return false;
135bacd691cSlogin         }
136bacd691cSlogin     }
137bacd691cSlogin 
138bacd691cSlogin     fn clear_run(&self) {
139bacd691cSlogin         self.running.store(false, Ordering::Release);
140bacd691cSlogin     }
141bacd691cSlogin }
142bacd691cSlogin impl SoftirqVec for DoTimerSoftirq {
143bacd691cSlogin     fn run(&self) {
144bacd691cSlogin         if self.set_run() == false {
145bacd691cSlogin             return;
146bacd691cSlogin         }
147bacd691cSlogin         // 最多只处理TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD个计时器
148bacd691cSlogin         for _ in 0..TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD {
149bacd691cSlogin             // kdebug!("DoTimerSoftirq run");
150bacd691cSlogin 
151bacd691cSlogin             let timer_list = &mut TIMER_LIST.lock();
152bacd691cSlogin 
153bacd691cSlogin             if timer_list.is_empty() {
154bacd691cSlogin                 break;
155bacd691cSlogin             }
156bacd691cSlogin 
157bacd691cSlogin             if timer_list.front().unwrap().0.lock().expire_jiffies
158bacd691cSlogin                 <= unsafe { TIMER_JIFFIES as u64 }
159bacd691cSlogin             {
160bacd691cSlogin                 let timer = timer_list.pop_front().unwrap();
161bacd691cSlogin                 drop(timer_list);
162bacd691cSlogin                 timer.run();
163bacd691cSlogin             }
164bacd691cSlogin         }
165bacd691cSlogin 
166bacd691cSlogin         self.clear_run();
167bacd691cSlogin     }
168bacd691cSlogin }
169bacd691cSlogin 
170bacd691cSlogin /// @brief 初始化timer模块
171bacd691cSlogin pub fn timer_init() {
172bacd691cSlogin     // FIXME 调用register_trap
173bacd691cSlogin     let do_timer_softirq = Arc::new(DoTimerSoftirq::new());
174bacd691cSlogin     softirq_vectors()
175bacd691cSlogin         .register_softirq(SoftirqNumber::TIMER, do_timer_softirq)
176bacd691cSlogin         .expect("Failed to register timer softirq");
177bacd691cSlogin     kdebug!("timer initiated successfully");
178bacd691cSlogin }
179bacd691cSlogin 
180bacd691cSlogin /// 计算接下来n毫秒对应的定时器时间片
181bacd691cSlogin pub fn next_n_ms_timer_jiffies(expire_ms: u64) -> u64 {
182bacd691cSlogin     return unsafe { TIMER_JIFFIES as u64 } + 1000 * (expire_ms);
183bacd691cSlogin }
184bacd691cSlogin /// 计算接下来n微秒对应的定时器时间片
185bacd691cSlogin pub fn next_n_us_timer_jiffies(expire_us: u64) -> u64 {
186bacd691cSlogin     return unsafe { TIMER_JIFFIES as u64 } + (expire_us);
187bacd691cSlogin }
188bacd691cSlogin 
189bacd691cSlogin /// @brief 让pcb休眠timeout个jiffies
190bacd691cSlogin ///
191bacd691cSlogin /// @param timeout 需要休眠的时间(单位:jiffies)
192bacd691cSlogin ///
193bacd691cSlogin /// @return Ok(i64) 剩余需要休眠的时间(单位:jiffies)
194bacd691cSlogin ///
195bacd691cSlogin /// @return Err(SystemError) 错误码
196bacd691cSlogin pub fn schedule_timeout(mut timeout: i64) -> Result<i64, SystemError> {
197bacd691cSlogin     // kdebug!("schedule_timeout");
198bacd691cSlogin     if timeout == MAX_TIMEOUT {
199bacd691cSlogin         sched();
200bacd691cSlogin         return Ok(MAX_TIMEOUT);
201bacd691cSlogin     } else if timeout < 0 {
202bacd691cSlogin         kerror!("timeout can't less than 0");
203bacd691cSlogin         return Err(SystemError::EINVAL);
204bacd691cSlogin     } else {
205bacd691cSlogin         // 禁用中断,防止在这段期间发生调度,造成死锁
206bacd691cSlogin         cli();
207bacd691cSlogin         timeout += unsafe { TIMER_JIFFIES } as i64;
208bacd691cSlogin         let timer = Timer::new(WakeUpHelper::new(current_pcb()), timeout as u64);
209bacd691cSlogin         timer.activate();
210bacd691cSlogin         current_pcb().state &= (!PROC_RUNNING) as u64;
211bacd691cSlogin         sti();
212bacd691cSlogin 
213bacd691cSlogin         sched();
214bacd691cSlogin         let time_remaining: i64 = timeout - unsafe { TIMER_JIFFIES } as i64;
215bacd691cSlogin         if time_remaining >= 0 {
216bacd691cSlogin             // 被提前唤醒,返回剩余时间
217bacd691cSlogin             return Ok(time_remaining);
218bacd691cSlogin         } else {
219bacd691cSlogin             return Ok(0);
220bacd691cSlogin         }
221bacd691cSlogin     }
222bacd691cSlogin }
223bacd691cSlogin 
224bacd691cSlogin pub fn timer_get_first_expire() -> Result<u64, SystemError> {
225bacd691cSlogin     // FIXME
226bacd691cSlogin     // kdebug!("rs_timer_get_first_expire,timer_jif = {:?}", TIMER_JIFFIES);
227bacd691cSlogin     for _ in 0..10 {
228bacd691cSlogin         match TIMER_LIST.try_lock() {
229bacd691cSlogin             Ok(timer_list) => {
230bacd691cSlogin                 // kdebug!("rs_timer_get_first_expire TIMER_LIST lock successfully");
231bacd691cSlogin                 if timer_list.is_empty() {
232bacd691cSlogin                     // kdebug!("timer_list is empty");
233bacd691cSlogin                     return Ok(0);
234bacd691cSlogin                 } else {
235bacd691cSlogin                     // kdebug!("timer_list not empty");
236bacd691cSlogin                     return Ok(timer_list.front().unwrap().0.lock().expire_jiffies);
237bacd691cSlogin                 }
238bacd691cSlogin             }
239bacd691cSlogin             // 加锁失败返回啥??
240bacd691cSlogin             Err(_) => continue,
241bacd691cSlogin         }
242bacd691cSlogin     }
243*79a452ceShoumkh     return Err(SystemError::EAGAIN_OR_EWOULDBLOCK);
244bacd691cSlogin }
245bacd691cSlogin 
246bacd691cSlogin pub fn update_timer_jiffies(add_jiffies: u64) -> u64 {
247bacd691cSlogin     unsafe { TIMER_JIFFIES += add_jiffies };
248bacd691cSlogin     return unsafe { TIMER_JIFFIES };
249bacd691cSlogin }
250bacd691cSlogin pub fn clock() -> u64 {
251bacd691cSlogin     return unsafe { TIMER_JIFFIES };
252bacd691cSlogin }
253bacd691cSlogin // ====== 重构完成后请删掉extern C ======
254bacd691cSlogin #[no_mangle]
255bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_clock() -> u64 {
256bacd691cSlogin     clock()
257bacd691cSlogin }
258bacd691cSlogin #[no_mangle]
259bacd691cSlogin pub extern "C" fn sys_clock(_regs: *const pt_regs) -> u64 {
260bacd691cSlogin     clock()
261bacd691cSlogin }
262bacd691cSlogin 
263bacd691cSlogin // ====== 以下为给C提供的接口 ======
264bacd691cSlogin #[no_mangle]
265bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_schedule_timeout(timeout: i64) -> i64 {
266bacd691cSlogin     match schedule_timeout(timeout) {
267bacd691cSlogin         Ok(v) => {
268bacd691cSlogin             return v;
269bacd691cSlogin         }
270bacd691cSlogin         Err(e) => {
271bacd691cSlogin             kdebug!("rs_schedule_timeout run failed");
272bacd691cSlogin             return e.to_posix_errno() as i64;
273bacd691cSlogin         }
274bacd691cSlogin     }
275bacd691cSlogin }
276bacd691cSlogin 
277bacd691cSlogin #[no_mangle]
278bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_init() {
279bacd691cSlogin     timer_init();
280bacd691cSlogin }
281bacd691cSlogin 
282bacd691cSlogin #[no_mangle]
283bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_next_n_ms_jiffies(expire_ms: u64) -> u64 {
284bacd691cSlogin     return next_n_ms_timer_jiffies(expire_ms);
285bacd691cSlogin }
286bacd691cSlogin 
287bacd691cSlogin #[no_mangle]
288bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_next_n_us_jiffies(expire_us: u64) -> u64 {
289bacd691cSlogin     return next_n_us_timer_jiffies(expire_us);
290bacd691cSlogin }
291bacd691cSlogin 
292bacd691cSlogin #[no_mangle]
293bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_get_first_expire() -> i64 {
294bacd691cSlogin     match timer_get_first_expire() {
295bacd691cSlogin         Ok(v) => return v as i64,
296bacd691cSlogin         Err(e) => return e.to_posix_errno() as i64,
297bacd691cSlogin     }
298bacd691cSlogin }
299bacd691cSlogin 
300bacd691cSlogin #[no_mangle]
301bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_update_timer_jiffies(add_jiffies: u64) -> u64 {
302bacd691cSlogin     return update_timer_jiffies(add_jiffies);
303bacd691cSlogin }
304