进程管理的核心结构以及0号进程的创建
zhangxinyu
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d1dc7056a5
@ -0,0 +1,46 @@
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use alloc::collections::VecDeque;
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use alloc::sync::Arc;
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use lazy_static::lazy_static;
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use crate::println;
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use crate::task::task::TaskControlBlock;
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use crate::task::UPSafeCell;
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/// 任务管理器 仅负责管理所有任务, 由ch4 TaskManager 拆分的,
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/// 先入先出的双端队列
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pub struct TaskManager {
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ready_queue: VecDeque<Arc<TaskControlBlock>>,
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}
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impl TaskManager {
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pub fn new() -> Self {
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Self {
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ready_queue: VecDeque::new(),
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}
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}
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}
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impl TaskManager {
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// 添加一个任务到 队列中
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pub fn add(&mut self, task: Arc<TaskControlBlock>) {
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self.ready_queue.push_back(task);
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}
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// 如果有任务, 弹出第一个任务
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pub fn fetch(&mut self) -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
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self.ready_queue.pop_front()
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}
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}
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lazy_static! {
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// 全局的任务管理器
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pub static ref TASK_MANAGER: UPSafeCell<TaskManager> = unsafe { UPSafeCell::new(TaskManager::new()) };
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}
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/// 给全局任务管理器添加任务
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pub fn add_task(task: Arc<TaskControlBlock>) {
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TASK_MANAGER.exclusive_access().add(task);
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}
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// 全局任务管理器 弹出任务
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pub fn pop_task() -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
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TASK_MANAGER.exclusive_access().fetch()
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}
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@ -0,0 +1,170 @@
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use alloc::sync::Arc;
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use lazy_static::lazy_static;
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use crate::task::context::TaskContext;
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use crate::task::switch::__switch;
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use crate::task::task::{TaskControlBlock, TaskStatus};
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use crate::trap::TrapContext;
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use crate::sync::UPSafeCell;
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use crate::task::manager::{pop_task, TASK_MANAGER};
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use crate::timer::get_time_us;
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///维护在一个处理器上正在执行的任务, 这在ch4 中是 TaskManager做的, 现在拆分
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pub struct Processor {
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/// 当前处理器上正在执行的任务, 他是一个被option 包裹的 智能指针, 保证 TCB 要不在这个结构体中, 要不就是在全局的任务管理器上
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current: Option<Arc<TaskControlBlock>>,
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/// 当前处理器上的 idle 控制流的任务上下文, 当任务切换的时候, 先切换到这个
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/// 这样做的主要目的是使得换入/换出进程和调度执行流在内核层各自执行在不同的内核栈上,
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/// 分别是进程自身的内核栈和内核初始化时使用的启动栈
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/// 这样的话, 调度相关的数据不会出现在进程内核栈上,
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/// 也使得调度机制对于换出进程的Trap执行流是不可见的
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/// 它在决定换出的时候只需调用schedule而无需操心调度的事情
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/// 从而各执行流的分工更加明确了, 虽然带来了更大的开销
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/// 虽然 永远不会执行这个 task context 的任务, 他只保存 内核的启动栈
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idle_task_cx: TaskContext,
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pub clock_time: usize, // 处理器时间
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}
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impl Processor {
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///Create an empty Processor
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/// 一旦程序开始运行, 就开始在内核栈或者用户栈之间切换, 永远 不会运行到这个, 这个就是保存 内核的启动栈的
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pub fn new() -> Self {
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Self {
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current: None,
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idle_task_cx: TaskContext::new(),
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clock_time: 0
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}
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}
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}
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impl Processor {
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// 得到当前 task context 的指针
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fn get_idle_task_cx_ptr(&mut self) -> *mut TaskContext {
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&mut self.idle_task_cx as *mut _
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}
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/// 取出当前正在执行的任务
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pub fn take_current(&mut self) -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
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self.current.take()
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}
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///当前正在执行的任务的 copy
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pub fn current(&self) -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
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self.current.as_ref().map(Arc::clone)
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}
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// 掐表函数
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fn refresh_stop_clock(&mut self) -> usize {
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// 上次停表的时间
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let start_time = self.clock_time;
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// 当前时间
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self.clock_time = get_time_us();
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// 返回 当前时间 - 上次停表时间 = 时间间距
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self.clock_time - start_time
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}
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// 即将进入用户态, 把之前使用的内核时间统计
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pub fn user_time_start(&mut self) {
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let use_clock_time = self.refresh_stop_clock();
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self.current.as_ref().unwrap().inner_exclusive_access().kernel_time += use_clock_time;
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}
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pub fn kernel_time_start(&mut self) {
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let use_clock_time = self.refresh_stop_clock();
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||||
self.current.as_ref().unwrap().inner_exclusive_access().user_time += use_clock_time;
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}
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}
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// 全局 描述cpu状态的管理器
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lazy_static! {
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pub static ref PROCESSOR: UPSafeCell<Processor> = unsafe { UPSafeCell::new(Processor::new()) };
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}
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// 循环 全局的任务管理器'fetch_task'获取需要运行的下一个进程, 并通过'__switch' 和当前process切换进程,
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// 这和之前的 run_first_task 差不多
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pub fn run_tasks() {
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loop {
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// 获得当前 进程的管理对象
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let mut processor = PROCESSOR.exclusive_access();
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// 弹出一个任务
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if let Some(task) = pop_task() {
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// 当前运行的进程(第一次运行时,这里是空的 zero, 但是不影响, 因为永远不会执行到第一次运行的任务)
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let idle_task_cx_ptr = processor.get_idle_task_cx_ptr();
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// 获得下一个需要运行的进程 的task context的指针
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let mut task_inner = task.inner_exclusive_access();
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let next_task_cx_ptr = &task_inner.task_cx as *const TaskContext;
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task_inner.task_status = TaskStatus::Running;
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// 删除内部可变性的引用, 这里需要手动释放
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drop(task_inner);
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// 修改process的状态, 把下一个需要运行的进程 move到 Process中被管理, 保证引用计数为1
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processor.current = Some(task);
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// 这里需要手动释放, 同上, 因为switch跳出作用域了, 不会通过作用域自动析构 refcell
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drop(processor);
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unsafe {
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__switch(idle_task_cx_ptr, next_task_cx_ptr);
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// 调用 schedule 之后 内部又调用__switch, next task 也就是idle task会走入到这里, 开启新的循环获取新的任务
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// 其实 idle task 并不会执行, 他只是保存 内核的启动栈 也就是当前函数 的寄存器状态
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}
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}
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}
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}
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// 取出当前正在执行的任务
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pub fn take_current_task() -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
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PROCESSOR.exclusive_access().take_current()
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}
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// 返回当前正在执行的任务的 copy版本
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pub fn current_task() -> Option<Arc<TaskControlBlock>> {
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PROCESSOR.exclusive_access().current()
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}
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//得到当前正在执行任务的token
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pub fn current_user_token() -> usize {
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// 得到当前正在执行的任务
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let task = current_task().unwrap();
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// 得到当前正在执行任务的token
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let token = task.inner_exclusive_access().get_user_token();
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token
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}
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// 得到当前 task context 的指针
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pub fn current_trap_cx() -> &'static mut TrapContext {
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current_task()
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.unwrap()
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.inner_exclusive_access()
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.get_trap_cx()
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}
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// 扩张/缩减, 当前运行进程的地址空间中的堆段, 指定字节的数据
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pub fn change_program_brk(size: i32) -> Option<usize> {
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current_task().as_ref().unwrap().inner_exclusive_access().change_program_brk(size)
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}
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// 传入当前运行的任务指针, 切换到 idle 任务
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// 用尽时间片, 或者调用 yield之后会调用这个, 调用这个之后, 会回到 run_task __switch返回的位置, 开启下一轮循环 中执行
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pub fn schedule(switched_task_cx_ptr: *mut TaskContext) {
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// 进程管理对象
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let mut processor = PROCESSOR.exclusive_access();
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// 得到当前进程管理中 task context 指针
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let idle_task_cx_ptr = processor.get_idle_task_cx_ptr();
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drop(processor);
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// 切换 汇编会保存当前的寄存器状态到 switched_task_cx_ptr 中, 然后根据 idle_task_cx_ptr 继续执行 __switch 的下一行, 结束当前循环, 开启新的循环
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unsafe {
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__switch(switched_task_cx_ptr, idle_task_cx_ptr);
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||||
}
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}
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