xref: /DragonOS/kernel/src/time/timer.rs (revision b8ed38251dc255b0c525801b5dbf37d3b0d0d61e)
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     sync::{Arc, Weak},
10*b8ed3825SDonkey Kane     vec::Vec,
11bacd691cSlogin };
1291e9d4abSLoGin use system_error::SystemError;
13bacd691cSlogin 
14bacd691cSlogin use crate::{
151496ba7bSLoGin     arch::{sched::sched, CurrentIrqArch},
1636fd0130Shoumkh     exception::{
1736fd0130Shoumkh         softirq::{softirq_vectors, SoftirqNumber, SoftirqVec},
1836fd0130Shoumkh         InterruptArch,
19bacd691cSlogin     },
20be8cdf4bSLoGin     kerror, kinfo,
210d6cf65aSLoGin     libs::spinlock::{SpinLock, SpinLockGuard},
221496ba7bSLoGin     process::{ProcessControlBlock, ProcessManager},
23bacd691cSlogin };
24bacd691cSlogin 
25*b8ed3825SDonkey Kane use super::{jiffies::NSEC_PER_JIFFY, 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! {
32*b8ed3825SDonkey Kane     pub static ref TIMER_LIST: SpinLock<Vec<(u64, Arc<Timer>)>> = SpinLock::new(Vec::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)]
600d6cf65aSLoGin pub struct Timer {
610d6cf65aSLoGin     inner: SpinLock<InnerTimer>,
620d6cf65aSLoGin }
63bacd691cSlogin 
64bacd691cSlogin impl Timer {
65bacd691cSlogin     /// @brief 创建一个定时器(单位:ms)
66bacd691cSlogin     ///
67bacd691cSlogin     /// @param timer_func 定时器需要执行的函数对应的结构体
68bacd691cSlogin     ///
69bacd691cSlogin     /// @param expire_jiffies 定时器结束时刻
70bacd691cSlogin     ///
71bacd691cSlogin     /// @return 定时器结构体
72bacd691cSlogin     pub fn new(timer_func: Box<dyn TimerFunction>, expire_jiffies: u64) -> Arc<Self> {
730d6cf65aSLoGin         let result: Arc<Timer> = Arc::new(Timer {
740d6cf65aSLoGin             inner: SpinLock::new(InnerTimer {
75bacd691cSlogin                 expire_jiffies,
760d6cf65aSLoGin                 timer_func: Some(timer_func),
77bacd691cSlogin                 self_ref: Weak::default(),
78971462beSGnoCiYeH                 triggered: false,
790d6cf65aSLoGin             }),
800d6cf65aSLoGin         });
81bacd691cSlogin 
820d6cf65aSLoGin         result.inner.lock().self_ref = Arc::downgrade(&result);
83bacd691cSlogin 
84bacd691cSlogin         return result;
85bacd691cSlogin     }
86bacd691cSlogin 
870d6cf65aSLoGin     pub fn inner(&self) -> SpinLockGuard<InnerTimer> {
880d6cf65aSLoGin         return self.inner.lock_irqsave();
890d6cf65aSLoGin     }
900d6cf65aSLoGin 
91bacd691cSlogin     /// @brief 将定时器插入到定时器链表中
92bacd691cSlogin     pub fn activate(&self) {
930d6cf65aSLoGin         let mut timer_list = TIMER_LIST.lock_irqsave();
940d6cf65aSLoGin         let inner_guard = self.inner();
95cde5492fSlogin 
96bacd691cSlogin         // 链表为空,则直接插入
97bacd691cSlogin         if timer_list.is_empty() {
98bacd691cSlogin             // FIXME push_timer
99*b8ed3825SDonkey Kane             timer_list.push((
100*b8ed3825SDonkey Kane                 inner_guard.expire_jiffies,
101*b8ed3825SDonkey Kane                 inner_guard.self_ref.upgrade().unwrap(),
102*b8ed3825SDonkey Kane             ));
103cde5492fSlogin 
104cde5492fSlogin             drop(inner_guard);
105cde5492fSlogin             drop(timer_list);
106cde5492fSlogin             compiler_fence(Ordering::SeqCst);
107cde5492fSlogin 
108bacd691cSlogin             return;
109bacd691cSlogin         }
110*b8ed3825SDonkey Kane         let expire_jiffies = inner_guard.expire_jiffies;
111*b8ed3825SDonkey Kane         let self_arc = inner_guard.self_ref.upgrade().unwrap();
112*b8ed3825SDonkey Kane         drop(inner_guard);
113bacd691cSlogin         let mut split_pos: usize = 0;
114bacd691cSlogin         for (pos, elt) in timer_list.iter().enumerate() {
115*b8ed3825SDonkey Kane             if Arc::ptr_eq(&self_arc, &elt.1) {
116*b8ed3825SDonkey Kane                 kwarn!("Timer already in list");
117*b8ed3825SDonkey Kane             }
118*b8ed3825SDonkey Kane             if elt.0 > expire_jiffies {
119bacd691cSlogin                 split_pos = pos;
120bacd691cSlogin                 break;
121bacd691cSlogin             }
122bacd691cSlogin         }
123*b8ed3825SDonkey Kane         timer_list.insert(split_pos, (expire_jiffies, self_arc));
124*b8ed3825SDonkey Kane 
125cde5492fSlogin         drop(timer_list);
126bacd691cSlogin     }
127bacd691cSlogin 
128bacd691cSlogin     #[inline]
129bacd691cSlogin     fn run(&self) {
1300d6cf65aSLoGin         let mut timer = self.inner();
131971462beSGnoCiYeH         timer.triggered = true;
1320d6cf65aSLoGin         let func = timer.timer_func.take();
1330d6cf65aSLoGin         drop(timer);
1340d6cf65aSLoGin         let r = func.map(|mut f| f.run()).unwrap_or(Ok(()));
13536fd0130Shoumkh         if unlikely(r.is_err()) {
13636fd0130Shoumkh             kerror!(
13736fd0130Shoumkh                 "Failed to run timer function: {self:?} {:?}",
1388d72b68dSJomo                 r.as_ref().err().unwrap()
13936fd0130Shoumkh             );
14036fd0130Shoumkh         }
141bacd691cSlogin     }
142971462beSGnoCiYeH 
143971462beSGnoCiYeH     /// ## 判断定时器是否已经触发
144971462beSGnoCiYeH     pub fn timeout(&self) -> bool {
1450d6cf65aSLoGin         self.inner().triggered
146971462beSGnoCiYeH     }
147971462beSGnoCiYeH 
148971462beSGnoCiYeH     /// ## 取消定时器任务
149971462beSGnoCiYeH     pub fn cancel(&self) -> bool {
1500d6cf65aSLoGin         let this_arc = self.inner().self_ref.upgrade().unwrap();
151971462beSGnoCiYeH         TIMER_LIST
1520d6cf65aSLoGin             .lock_irqsave()
153*b8ed3825SDonkey Kane             .extract_if(|x| Arc::ptr_eq(&this_arc, &x.1))
154840045afSLoGin             .for_each(drop);
155971462beSGnoCiYeH         true
156971462beSGnoCiYeH     }
157bacd691cSlogin }
158bacd691cSlogin 
159bacd691cSlogin /// 定时器类型
16036fd0130Shoumkh #[derive(Debug)]
161bacd691cSlogin pub struct InnerTimer {
162bacd691cSlogin     /// 定时器结束时刻
163bacd691cSlogin     pub expire_jiffies: u64,
164bacd691cSlogin     /// 定时器需要执行的函数结构体
1650d6cf65aSLoGin     pub timer_func: Option<Box<dyn TimerFunction>>,
166bacd691cSlogin     /// self_ref
167bacd691cSlogin     self_ref: Weak<Timer>,
168971462beSGnoCiYeH     /// 判断该计时器是否触发
169971462beSGnoCiYeH     triggered: bool,
170bacd691cSlogin }
171bacd691cSlogin 
172bacd691cSlogin #[derive(Debug)]
173bacd691cSlogin pub struct DoTimerSoftirq {
174bacd691cSlogin     running: AtomicBool,
175bacd691cSlogin }
176bacd691cSlogin 
177bacd691cSlogin impl DoTimerSoftirq {
178bacd691cSlogin     pub fn new() -> Self {
179bacd691cSlogin         return DoTimerSoftirq {
180bacd691cSlogin             running: AtomicBool::new(false),
181bacd691cSlogin         };
182bacd691cSlogin     }
183bacd691cSlogin 
184bacd691cSlogin     fn set_run(&self) -> bool {
185bacd691cSlogin         let x = self
186bacd691cSlogin             .running
187bacd691cSlogin             .compare_exchange(false, true, Ordering::Acquire, Ordering::Relaxed);
188840045afSLoGin         return x.is_ok();
189bacd691cSlogin     }
190bacd691cSlogin 
191bacd691cSlogin     fn clear_run(&self) {
192bacd691cSlogin         self.running.store(false, Ordering::Release);
193bacd691cSlogin     }
194bacd691cSlogin }
195bacd691cSlogin impl SoftirqVec for DoTimerSoftirq {
196bacd691cSlogin     fn run(&self) {
197840045afSLoGin         if !self.set_run() {
198bacd691cSlogin             return;
199bacd691cSlogin         }
200bacd691cSlogin         // 最多只处理TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD个计时器
201bacd691cSlogin         for _ in 0..TIMER_RUN_CYCLE_THRESHOLD {
202bacd691cSlogin             // kdebug!("DoTimerSoftirq run");
2030d6cf65aSLoGin             let timer_list = TIMER_LIST.try_lock_irqsave();
204cde5492fSlogin             if timer_list.is_err() {
205cde5492fSlogin                 continue;
206cde5492fSlogin             }
207cde5492fSlogin             let mut timer_list = timer_list.unwrap();
208bacd691cSlogin 
209bacd691cSlogin             if timer_list.is_empty() {
210bacd691cSlogin                 break;
211bacd691cSlogin             }
212bacd691cSlogin 
213*b8ed3825SDonkey Kane             let (front_jiffies, timer_list_front) = timer_list.first().unwrap().clone();
214cde5492fSlogin             // kdebug!("to lock timer_list_front");
215*b8ed3825SDonkey Kane 
216*b8ed3825SDonkey Kane             if front_jiffies >= TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) {
217cde5492fSlogin                 break;
218cde5492fSlogin             }
219*b8ed3825SDonkey Kane             timer_list.remove(0);
220cde5492fSlogin             drop(timer_list);
221cde5492fSlogin             timer_list_front.run();
222bacd691cSlogin         }
223bacd691cSlogin 
224bacd691cSlogin         self.clear_run();
225bacd691cSlogin     }
226bacd691cSlogin }
227bacd691cSlogin 
2285b59005fSLoGin /// 初始化系统定时器
2295b59005fSLoGin #[inline(never)]
230bacd691cSlogin pub fn timer_init() {
231bacd691cSlogin     // FIXME 调用register_trap
232bacd691cSlogin     let do_timer_softirq = Arc::new(DoTimerSoftirq::new());
233bacd691cSlogin     softirq_vectors()
234bacd691cSlogin         .register_softirq(SoftirqNumber::TIMER, do_timer_softirq)
235bacd691cSlogin         .expect("Failed to register timer softirq");
23640fe15e0SLoGin     kinfo!("timer initialized successfully");
237bacd691cSlogin }
238bacd691cSlogin 
239bacd691cSlogin /// 计算接下来n毫秒对应的定时器时间片
240bacd691cSlogin pub fn next_n_ms_timer_jiffies(expire_ms: u64) -> u64 {
241*b8ed3825SDonkey Kane     return TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) + expire_ms * 1000000 / NSEC_PER_JIFFY as u64;
242bacd691cSlogin }
243bacd691cSlogin /// 计算接下来n微秒对应的定时器时间片
244bacd691cSlogin pub fn next_n_us_timer_jiffies(expire_us: u64) -> u64 {
245*b8ed3825SDonkey Kane     return TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) + expire_us * 1000 / NSEC_PER_JIFFY as u64;
246bacd691cSlogin }
247bacd691cSlogin 
248bacd691cSlogin /// @brief 让pcb休眠timeout个jiffies
249bacd691cSlogin ///
250bacd691cSlogin /// @param timeout 需要休眠的时间(单位:jiffies)
251bacd691cSlogin ///
252bacd691cSlogin /// @return Ok(i64) 剩余需要休眠的时间(单位:jiffies)
253bacd691cSlogin ///
254bacd691cSlogin /// @return Err(SystemError) 错误码
255bacd691cSlogin pub fn schedule_timeout(mut timeout: i64) -> Result<i64, SystemError> {
256bacd691cSlogin     // kdebug!("schedule_timeout");
257bacd691cSlogin     if timeout == MAX_TIMEOUT {
2588cb2e9b3SLoGin         let irq_guard = unsafe { CurrentIrqArch::save_and_disable_irq() };
259be8cdf4bSLoGin         ProcessManager::mark_sleep(true).ok();
2608cb2e9b3SLoGin         drop(irq_guard);
261bacd691cSlogin         sched();
262bacd691cSlogin         return Ok(MAX_TIMEOUT);
263bacd691cSlogin     } else if timeout < 0 {
264bacd691cSlogin         kerror!("timeout can't less than 0");
265bacd691cSlogin         return Err(SystemError::EINVAL);
266bacd691cSlogin     } else {
267bacd691cSlogin         // 禁用中断,防止在这段期间发生调度,造成死锁
26836fd0130Shoumkh         let irq_guard = unsafe { CurrentIrqArch::save_and_disable_irq() };
26936fd0130Shoumkh 
27036fd0130Shoumkh         timeout += TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) as i64;
2711496ba7bSLoGin         let timer = Timer::new(
2721496ba7bSLoGin             WakeUpHelper::new(ProcessManager::current_pcb()),
2731496ba7bSLoGin             timeout as u64,
2741496ba7bSLoGin         );
2751496ba7bSLoGin         ProcessManager::mark_sleep(true).ok();
276bacd691cSlogin         timer.activate();
27736fd0130Shoumkh 
27836fd0130Shoumkh         drop(irq_guard);
279bacd691cSlogin 
280bacd691cSlogin         sched();
28136fd0130Shoumkh         let time_remaining: i64 = timeout - TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst) as i64;
282bacd691cSlogin         if time_remaining >= 0 {
283bacd691cSlogin             // 被提前唤醒,返回剩余时间
284bacd691cSlogin             return Ok(time_remaining);
285bacd691cSlogin         } else {
286bacd691cSlogin             return Ok(0);
287bacd691cSlogin         }
288bacd691cSlogin     }
289bacd691cSlogin }
290bacd691cSlogin 
291bacd691cSlogin pub fn timer_get_first_expire() -> Result<u64, SystemError> {
292bacd691cSlogin     // FIXME
293bacd691cSlogin     // kdebug!("rs_timer_get_first_expire,timer_jif = {:?}", TIMER_JIFFIES);
294bacd691cSlogin     for _ in 0..10 {
295be8cdf4bSLoGin         match TIMER_LIST.try_lock_irqsave() {
296bacd691cSlogin             Ok(timer_list) => {
297bacd691cSlogin                 // kdebug!("rs_timer_get_first_expire TIMER_LIST lock successfully");
298bacd691cSlogin                 if timer_list.is_empty() {
299bacd691cSlogin                     // kdebug!("timer_list is empty");
300bacd691cSlogin                     return Ok(0);
301bacd691cSlogin                 } else {
302bacd691cSlogin                     // kdebug!("timer_list not empty");
303*b8ed3825SDonkey Kane                     return Ok(timer_list.first().unwrap().0);
304bacd691cSlogin                 }
305bacd691cSlogin             }
306bacd691cSlogin             // 加锁失败返回啥??
307bacd691cSlogin             Err(_) => continue,
308bacd691cSlogin         }
309bacd691cSlogin     }
31079a452ceShoumkh     return Err(SystemError::EAGAIN_OR_EWOULDBLOCK);
311bacd691cSlogin }
312bacd691cSlogin 
313be8cdf4bSLoGin /// 更新系统时间片
3140d6cf65aSLoGin pub fn update_timer_jiffies(add_jiffies: u64, time_us: i64) -> u64 {
31536fd0130Shoumkh     let prev = TIMER_JIFFIES.fetch_add(add_jiffies, Ordering::SeqCst);
31636fd0130Shoumkh     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3170d6cf65aSLoGin     update_wall_time(time_us);
31836fd0130Shoumkh 
31936fd0130Shoumkh     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
32036fd0130Shoumkh     return prev + add_jiffies;
321bacd691cSlogin }
32236fd0130Shoumkh 
323bacd691cSlogin pub fn clock() -> u64 {
32436fd0130Shoumkh     return TIMER_JIFFIES.load(Ordering::SeqCst);
325bacd691cSlogin }
326bacd691cSlogin 
327bacd691cSlogin // ====== 以下为给C提供的接口 ======
328bacd691cSlogin 
329bacd691cSlogin #[no_mangle]
330bacd691cSlogin pub extern "C" fn rs_timer_init() {
331bacd691cSlogin     timer_init();
332bacd691cSlogin }
333