xref: /DragonOS/kernel/src/time/timer.rs (revision 971462be94ba0a5c74af7a5f9653dfabd4932a63)
136fd0130Shoumkh use core::{
236fd0130Shoumkh     fmt::Debug,
336fd0130Shoumkh     intrinsics::unlikely,
436fd0130Shoumkh     sync::atomic::{compiler_fence, AtomicBool, AtomicU64, Ordering},
536fd0130Shoumkh };
6bacd691cSlogin 
7bacd691cSlogin use alloc::{
8bacd691cSlogin     boxed::Box,
9bacd691cSlogin     collections::LinkedList,
10bacd691cSlogin     sync::{Arc, Weak},
11bacd691cSlogin };
12bacd691cSlogin 
13bacd691cSlogin use crate::{
141496ba7bSLoGin     arch::{sched::sched, CurrentIrqArch},
1536fd0130Shoumkh     exception::{
1636fd0130Shoumkh         softirq::{softirq_vectors, SoftirqNumber, SoftirqVec},
1736fd0130Shoumkh         InterruptArch,
18bacd691cSlogin     },
1940fe15e0SLoGin     kdebug, kerror, kinfo,
20bacd691cSlogin     libs::spinlock::SpinLock,
211496ba7bSLoGin     process::{ProcessControlBlock, ProcessManager},
22bacd691cSlogin     syscall::SystemError,
23bacd691cSlogin };
24bacd691cSlogin 
2536fd0130Shoumkh use super::timekeeping::update_wall_time;
2636fd0130Shoumkh 
27bacd691cSlogin const MAX_TIMEOUT: i64 = i64::MAX;
28bacd691cSlogin const TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD: usize = 20;
2936fd0130Shoumkh static TIMER_JIFFIES: AtomicU64 = AtomicU64::new(0);
30bacd691cSlogin 
31bacd691cSlogin lazy_static! {
32bacd691cSlogin     pub static ref TIMER_LIST: SpinLock<LinkedList<Arc<Timer>>> = SpinLock::new(LinkedList::new());
33bacd691cSlogin }
34bacd691cSlogin 
35bacd691cSlogin /// 定时器要执行的函数的特征
3636fd0130Shoumkh pub trait TimerFunction: Send + Sync + Debug {
3736fd0130Shoumkh     fn run(&mut self) -> Result<(), SystemError>;
38bacd691cSlogin }
39bacd691cSlogin 
4036fd0130Shoumkh #[derive(Debug)]
41bacd691cSlogin /// WakeUpHelper函数对应的结构体
42bacd691cSlogin pub struct WakeUpHelper {
431496ba7bSLoGin     pcb: Arc<ProcessControlBlock>,
44bacd691cSlogin }
45bacd691cSlogin 
46bacd691cSlogin impl WakeUpHelper {
471496ba7bSLoGin     pub fn new(pcb: Arc<ProcessControlBlock>) -> Box<WakeUpHelper> {
48bacd691cSlogin         return Box::new(WakeUpHelper { pcb });
49bacd691cSlogin     }
50bacd691cSlogin }
51bacd691cSlogin 
52bacd691cSlogin impl TimerFunction for WakeUpHelper {
5336fd0130Shoumkh     fn run(&mut self) -> Result<(), SystemError> {
541496ba7bSLoGin         ProcessManager::wakeup(&self.pcb).ok();
5536fd0130Shoumkh         return Ok(());
56bacd691cSlogin     }
57bacd691cSlogin }
58bacd691cSlogin 
5936fd0130Shoumkh #[derive(Debug)]
60bacd691cSlogin pub struct Timer(SpinLock<InnerTimer>);
61bacd691cSlogin 
62bacd691cSlogin impl Timer {
63bacd691cSlogin     /// @brief 创建一个定时器(单位:ms)
64bacd691cSlogin     ///
65bacd691cSlogin     /// @param timer_func 定时器需要执行的函数对应的结构体
66bacd691cSlogin     ///
67bacd691cSlogin     /// @param expire_jiffies 定时器结束时刻
68bacd691cSlogin     ///
69bacd691cSlogin     /// @return 定时器结构体
70bacd691cSlogin     pub fn new(timer_func: Box<dyn TimerFunction>, expire_jiffies: u64) -> Arc<Self> {
71bacd691cSlogin         let result: Arc<Timer> = Arc::new(Timer(SpinLock::new(InnerTimer {
72bacd691cSlogin             expire_jiffies,
73bacd691cSlogin             timer_func,
74bacd691cSlogin             self_ref: Weak::default(),
75*971462beSGnoCiYeH             triggered: false,
76bacd691cSlogin         })));
77bacd691cSlogin 
78bacd691cSlogin         result.0.lock().self_ref = Arc::downgrade(&result);
79bacd691cSlogin 
80bacd691cSlogin         return result;
81bacd691cSlogin     }
82bacd691cSlogin 
83bacd691cSlogin     /// @brief 将定时器插入到定时器链表中
84bacd691cSlogin     pub fn activate(&self) {
85bacd691cSlogin         let inner_guard = self.0.lock();
86cde5492fSlogin         let timer_list = &mut TIMER_LIST.lock();
87cde5492fSlogin 
88bacd691cSlogin         // 链表为空,则直接插入
89bacd691cSlogin         if timer_list.is_empty() {
90bacd691cSlogin             // FIXME push_timer
91cde5492fSlogin 
92bacd691cSlogin             timer_list.push_back(inner_guard.self_ref.upgrade().unwrap());
93cde5492fSlogin 
94cde5492fSlogin             drop(inner_guard);
95cde5492fSlogin             drop(timer_list);
96cde5492fSlogin             compiler_fence(Ordering::SeqCst);
97cde5492fSlogin 
98bacd691cSlogin             return;
99bacd691cSlogin         }
100bacd691cSlogin         let mut split_pos: usize = 0;
101bacd691cSlogin         for (pos, elt) in timer_list.iter().enumerate() {
102bacd691cSlogin             if elt.0.lock().expire_jiffies > inner_guard.expire_jiffies {
103bacd691cSlogin                 split_pos = pos;
104bacd691cSlogin                 break;
105bacd691cSlogin             }
106bacd691cSlogin         }
107bacd691cSlogin         let mut temp_list: LinkedList<Arc<Timer>> = timer_list.split_off(split_pos);
108bacd691cSlogin         timer_list.push_back(inner_guard.self_ref.upgrade().unwrap());
109bacd691cSlogin         timer_list.append(&mut temp_list);
110cde5492fSlogin         drop(inner_guard);
111cde5492fSlogin         drop(timer_list);
112bacd691cSlogin     }
113bacd691cSlogin 
114bacd691cSlogin     #[inline]
115bacd691cSlogin     fn run(&self) {
116*971462beSGnoCiYeH         let mut timer = self.0.lock();
117*971462beSGnoCiYeH         timer.triggered = true;
118*971462beSGnoCiYeH         let r = timer.timer_func.run();
11936fd0130Shoumkh         if unlikely(r.is_err()) {
12036fd0130Shoumkh             kerror!(
12136fd0130Shoumkh                 "Failed to run timer function: {self:?} {:?}",
12236fd0130Shoumkh                 r.err().unwrap()
12336fd0130Shoumkh             );
12436fd0130Shoumkh         }
125bacd691cSlogin     }
126*971462beSGnoCiYeH 
127*971462beSGnoCiYeH     /// ## 判断定时器是否已经触发
128*971462beSGnoCiYeH     pub fn timeout(&self) -> bool {
129*971462beSGnoCiYeH         self.0.lock().triggered
130*971462beSGnoCiYeH     }
131*971462beSGnoCiYeH 
132*971462beSGnoCiYeH     /// ## 取消定时器任务
133*971462beSGnoCiYeH     pub fn cancel(&self) -> bool {
134*971462beSGnoCiYeH         TIMER_LIST
135*971462beSGnoCiYeH             .lock()
136*971462beSGnoCiYeH             .drain_filter(|x| Arc::<Timer>::as_ptr(&x) == self as *const Timer);
137*971462beSGnoCiYeH         true
138*971462beSGnoCiYeH     }
139bacd691cSlogin }
140bacd691cSlogin 
141bacd691cSlogin /// 定时器类型
14236fd0130Shoumkh #[derive(Debug)]
143bacd691cSlogin pub struct InnerTimer {
144bacd691cSlogin     /// 定时器结束时刻
145bacd691cSlogin     pub expire_jiffies: u64,
146bacd691cSlogin     /// 定时器需要执行的函数结构体
147bacd691cSlogin     pub timer_func: Box<dyn TimerFunction>,
148bacd691cSlogin     /// self_ref
149bacd691cSlogin     self_ref: Weak<Timer>,
150*971462beSGnoCiYeH     /// 判断该计时器是否触发
151*971462beSGnoCiYeH     triggered: bool,
152bacd691cSlogin }
153bacd691cSlogin 
154bacd691cSlogin #[derive(Debug)]
155bacd691cSlogin pub struct DoTimerSoftirq {
156bacd691cSlogin     running: AtomicBool,
157bacd691cSlogin }
158bacd691cSlogin 
159bacd691cSlogin impl DoTimerSoftirq {
160bacd691cSlogin     pub fn new() -> Self {
161bacd691cSlogin         return DoTimerSoftirq {
162bacd691cSlogin             running: AtomicBool::new(false),
163bacd691cSlogin         };
164bacd691cSlogin     }
165bacd691cSlogin 
166bacd691cSlogin     fn set_run(&self) -> bool {
167bacd691cSlogin         let x = self
168bacd691cSlogin             .running
169bacd691cSlogin             .compare_exchange(false, true, Ordering::Acquire, Ordering::Relaxed);
170bacd691cSlogin         if x.is_ok() {
171bacd691cSlogin             return true;
172bacd691cSlogin         } else {
173bacd691cSlogin             return false;
174bacd691cSlogin         }
175bacd691cSlogin     }
176bacd691cSlogin 
177bacd691cSlogin     fn clear_run(&self) {
178bacd691cSlogin         self.running.store(false, Ordering::Release);
179bacd691cSlogin     }
180bacd691cSlogin }
181bacd691cSlogin impl SoftirqVec for DoTimerSoftirq {
182bacd691cSlogin     fn run(&self) {
183bacd691cSlogin         if self.set_run() == false {
184bacd691cSlogin             return;
185bacd691cSlogin         }
186bacd691cSlogin         // 最多只处理TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD个计时器
187bacd691cSlogin         for _ in 0..TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD {
188bacd691cSlogin             // kdebug!("DoTimerSoftirq run");
189cde5492fSlogin             let timer_list = TIMER_LIST.try_lock();
190cde5492fSlogin             if timer_list.is_err() {
191cde5492fSlogin                 continue;
192cde5492fSlogin             }
193cde5492fSlogin             let mut timer_list = timer_list.unwrap();
194bacd691cSlogin 
195bacd691cSlogin             if timer_list.is_empty() {
196bacd691cSlogin                 break;
197bacd691cSlogin             }
198bacd691cSlogin 
199cde5492fSlogin             let timer_list_front = timer_list.pop_front().unwrap();
200cde5492fSlogin             // kdebug!("to lock timer_list_front");
201cde5492fSlogin             let mut timer_list_front_guard = None;
202cde5492fSlogin             for _ in 0..10 {
203cde5492fSlogin                 let x = timer_list_front.0.try_lock();
204cde5492fSlogin                 if x.is_err() {
205cde5492fSlogin                     continue;
206bacd691cSlogin                 }
207cde5492fSlogin                 timer_list_front_guard = Some(x.unwrap());
208cde5492fSlogin             }
209cde5492fSlogin             if timer_list_front_guard.is_none() {
210cde5492fSlogin                 continue;
211cde5492fSlogin             }
212cde5492fSlogin             let timer_list_front_guard = timer_list_front_guard.unwrap();
21336fd0130Shoumkh             if timer_list_front_guard.expire_jiffies > TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) {
214cde5492fSlogin                 drop(timer_list_front_guard);
215cde5492fSlogin                 timer_list.push_front(timer_list_front);
216cde5492fSlogin                 break;
217cde5492fSlogin             }
218cde5492fSlogin             drop(timer_list_front_guard);
219cde5492fSlogin             drop(timer_list);
220cde5492fSlogin             timer_list_front.run();
221bacd691cSlogin         }
222bacd691cSlogin 
223bacd691cSlogin         self.clear_run();
224bacd691cSlogin     }
225bacd691cSlogin }
226bacd691cSlogin 
227bacd691cSlogin /// @brief 初始化timer模块
228bacd691cSlogin pub fn timer_init() {
229bacd691cSlogin     // FIXME 调用register_trap
230bacd691cSlogin     let do_timer_softirq = Arc::new(DoTimerSoftirq::new());
231bacd691cSlogin     softirq_vectors()
232bacd691cSlogin         .register_softirq(SoftirqNumber::TIMER, do_timer_softirq)
233bacd691cSlogin         .expect("Failed to register timer softirq");
23440fe15e0SLoGin     kinfo!("timer initialized successfully");
235bacd691cSlogin }
236bacd691cSlogin 
237bacd691cSlogin /// 计算接下来n毫秒对应的定时器时间片
238bacd691cSlogin pub fn next_n_ms_timer_jiffies(expire_ms: u64) -> u64 {
23936fd0130Shoumkh     return TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) + 1000 * (expire_ms);
240bacd691cSlogin }
241bacd691cSlogin /// 计算接下来n微秒对应的定时器时间片
242bacd691cSlogin pub fn next_n_us_timer_jiffies(expire_us: u64) -> u64 {
24336fd0130Shoumkh     return TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) + (expire_us);
244bacd691cSlogin }
245bacd691cSlogin 
246bacd691cSlogin /// @brief 让pcb休眠timeout个jiffies
247bacd691cSlogin ///
248bacd691cSlogin /// @param timeout 需要休眠的时间(单位:jiffies)
249bacd691cSlogin ///
250bacd691cSlogin /// @return Ok(i64) 剩余需要休眠的时间(单位:jiffies)
251bacd691cSlogin ///
252bacd691cSlogin /// @return Err(SystemError) 错误码
253bacd691cSlogin pub fn schedule_timeout(mut timeout: i64) -> Result<i64, SystemError> {
254bacd691cSlogin     // kdebug!("schedule_timeout");
255bacd691cSlogin     if timeout == MAX_TIMEOUT {
256bacd691cSlogin         sched();
257bacd691cSlogin         return Ok(MAX_TIMEOUT);
258bacd691cSlogin     } else if timeout < 0 {
259bacd691cSlogin         kerror!("timeout can't less than 0");
260bacd691cSlogin         return Err(SystemError::EINVAL);
261bacd691cSlogin     } else {
262bacd691cSlogin         // 禁用中断,防止在这段期间发生调度,造成死锁
26336fd0130Shoumkh         let irq_guard = unsafe { CurrentIrqArch::save_and_disable_irq() };
26436fd0130Shoumkh 
26536fd0130Shoumkh         timeout += TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) as i64;
2661496ba7bSLoGin         let timer = Timer::new(
2671496ba7bSLoGin             WakeUpHelper::new(ProcessManager::current_pcb()),
2681496ba7bSLoGin             timeout as u64,
2691496ba7bSLoGin         );
2701496ba7bSLoGin         ProcessManager::mark_sleep(true).ok();
271bacd691cSlogin         timer.activate();
27236fd0130Shoumkh 
27336fd0130Shoumkh         drop(irq_guard);
274bacd691cSlogin 
275bacd691cSlogin         sched();
27636fd0130Shoumkh         let time_remaining: i64 = timeout - TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) as i64;
277bacd691cSlogin         if time_remaining >= 0 {
278bacd691cSlogin             // 被提前唤醒,返回剩余时间
279bacd691cSlogin             return Ok(time_remaining);
280bacd691cSlogin         } else {
281bacd691cSlogin             return Ok(0);
282bacd691cSlogin         }
283bacd691cSlogin     }
284bacd691cSlogin }
285bacd691cSlogin 
286bacd691cSlogin pub fn timer_get_first_expire() -> Result<u64, SystemError> {
287bacd691cSlogin     // FIXME
288bacd691cSlogin     // kdebug!("rs_timer_get_first_expire,timer_jif = {:?}", TIMER_JIFFIES);
289bacd691cSlogin     for _ in 0..10 {
290bacd691cSlogin         match TIMER_LIST.try_lock() {
291bacd691cSlogin             Ok(timer_list) => {
292bacd691cSlogin                 // kdebug!("rs_timer_get_first_expire TIMER_LIST lock successfully");
293bacd691cSlogin                 if timer_list.is_empty() {
294bacd691cSlogin                     // kdebug!("timer_list is empty");
295bacd691cSlogin                     return Ok(0);
296bacd691cSlogin                 } else {
297bacd691cSlogin                     // kdebug!("timer_list not empty");
298bacd691cSlogin                     return Ok(timer_list.front().unwrap().0.lock().expire_jiffies);
299bacd691cSlogin                 }
300bacd691cSlogin             }
301bacd691cSlogin             // 加锁失败返回啥??
302bacd691cSlogin             Err(_) => continue,
303bacd691cSlogin         }
304bacd691cSlogin     }
30579a452ceShoumkh     return Err(SystemError::EAGAIN_OR_EWOULDBLOCK);
306bacd691cSlogin }
307bacd691cSlogin 
308bacd691cSlogin pub fn update_timer_jiffies(add_jiffies: u64) -> u64 {
30936fd0130Shoumkh     let prev = TIMER_JIFFIES.fetch_add(add_jiffies, Ordering::SeqCst);
31036fd0130Shoumkh     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
31136fd0130Shoumkh     update_wall_time();
31236fd0130Shoumkh 
31336fd0130Shoumkh     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
31436fd0130Shoumkh     return prev + add_jiffies;
315bacd691cSlogin }
31636fd0130Shoumkh 
317bacd691cSlogin pub fn clock() -> u64 {
31836fd0130Shoumkh     return TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst);
319bacd691cSlogin }
320bacd691cSlogin // ====== 重构完成后请删掉extern C ======
321bacd691cSlogin #[no_mangle]
322bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_clock() -> u64 {
323bacd691cSlogin     clock()
324bacd691cSlogin }
325bacd691cSlogin 
326bacd691cSlogin // ====== 以下为给C提供的接口 ======
327bacd691cSlogin #[no_mangle]
328bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_schedule_timeout(timeout: i64) -> i64 {
329bacd691cSlogin     match schedule_timeout(timeout) {
330bacd691cSlogin         Ok(v) => {
331bacd691cSlogin             return v;
332bacd691cSlogin         }
333bacd691cSlogin         Err(e) => {
334bacd691cSlogin             kdebug!("rs_schedule_timeout run failed");
335bacd691cSlogin             return e.to_posix_errno() as i64;
336bacd691cSlogin         }
337bacd691cSlogin     }
338bacd691cSlogin }
339bacd691cSlogin 
340bacd691cSlogin #[no_mangle]
341bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_init() {
342bacd691cSlogin     timer_init();
343bacd691cSlogin }
344bacd691cSlogin 
345bacd691cSlogin #[no_mangle]
346bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_next_n_ms_jiffies(expire_ms: u64) -> u64 {
347bacd691cSlogin     return next_n_ms_timer_jiffies(expire_ms);
348bacd691cSlogin }
349bacd691cSlogin 
350bacd691cSlogin #[no_mangle]
351bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_next_n_us_jiffies(expire_us: u64) -> u64 {
352bacd691cSlogin     return next_n_us_timer_jiffies(expire_us);
353bacd691cSlogin }
354bacd691cSlogin 
355bacd691cSlogin #[no_mangle]
356bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_get_first_expire() -> i64 {
357bacd691cSlogin     match timer_get_first_expire() {
358bacd691cSlogin         Ok(v) => return v as i64,
359cde5492fSlogin         Err(_) => return 0,
360bacd691cSlogin     }
361bacd691cSlogin }
362bacd691cSlogin 
363bacd691cSlogin #[no_mangle]
364bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_update_timer_jiffies(add_jiffies: u64) -> u64 {
365bacd691cSlogin     return update_timer_jiffies(add_jiffies);
366bacd691cSlogin }
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