Remove the idle process.
[bertos.git] / bertos / kern / proc.c
index 66caa2db3c7f87c7d2c2d87705a47165409707ea..623c1d3fb5d87dba4ceb91b5c35ddcd6f85749c8 100644 (file)
@@ -32,7 +32,6 @@
  *
  * \brief Simple cooperative multitasking scheduler.
  *
- * \version $Id$
  * \author Bernie Innocenti <bernie@codewiz.org>
  * \author Stefano Fedrigo <aleph@develer.com>
  */
@@ -45,7 +44,6 @@
 #define LOG_FORMAT KERN_LOG_FORMAT
 #include <cfg/log.h>
 
-#include "cfg/cfg_arch.h"  // ARCH_EMUL
 #include "cfg/cfg_monitor.h"
 #include <cfg/macros.h>    // ROUND_UP2
 #include <cfg/module.h>
 
 #include <string.h>           /* memset() */
 
+#define PROC_SIZE_WORDS (ROUND_UP2(sizeof(Process), sizeof(cpu_stack_t)) / sizeof(cpu_stack_t))
+
+/**
+ * CPU dependent context switching routines.
+ *
+ * Saving and restoring the context on the stack is done by a CPU-dependent
+ * support routine which usually needs to be written in assembly.
+ */
+EXTERN_C void asm_switch_context(cpu_stack_t **new_sp, cpu_stack_t **save_sp);
+
 /*
  * The scheduer tracks ready processes by enqueuing them in the
  * ready list.
  *
  * \note Access to the list must occur while interrupts are disabled.
  */
-REGISTER List ProcReadyList;
+REGISTER List proc_ready_list;
 
 /*
  * Holds a pointer to the TCB of the currently running process.
  *
  * \note User applications should use proc_current() to retrieve this value.
  */
-REGISTER Process *CurrentProcess;
+REGISTER Process *current_process;
+
+/** The main process (the one that executes main()). */
+static struct Process main_process;
+
+#if CONFIG_KERN_HEAP
+
+/**
+ * Local heap dedicated to allocate the memory used by the processes.
+ */
+static HEAP_DEFINE_BUF(heap_buf, CONFIG_KERN_HEAP_SIZE);
+static Heap proc_heap;
 
-#if (ARCH & ARCH_EMUL)
 /*
- * In some hosted environments, we must emulate the stack on the real
- * process stack to satisfy consistency checks in system libraries and
- * because some ABIs place trampolines on the stack.
+ * Keep track of zombie processes (processes that are exiting and need to
+ * release some resources).
  *
- * Access to this list must be protected by PROC_ATOMIC().
+ * \note Access to the list must occur while kernel preemption is disabled.
  */
-List StackFreeList;
+static List zombie_list;
 
-#define NPROC 10
-cpu_stack_t proc_stacks[NPROC][(64 * 1024) / sizeof(cpu_stack_t)];
-#endif
-
-/** The main process (the one that executes main()). */
-struct Process MainProcess;
+#endif /* CONFIG_KERN_HEAP */
 
-
-static void proc_init_struct(Process *proc)
+static void proc_initStruct(Process *proc)
 {
        /* Avoid warning for unused argument. */
        (void)proc;
@@ -112,84 +123,139 @@ static void proc_init_struct(Process *proc)
 #if CONFIG_KERN_PRI
        proc->link.pri = 0;
 #endif
-
 }
 
 MOD_DEFINE(proc);
 
 void proc_init(void)
 {
-       LIST_INIT(&ProcReadyList);
+       LIST_INIT(&proc_ready_list);
 
-#if ARCH & ARCH_EMUL
-       LIST_INIT(&StackFreeList);
-       for (int i = 0; i < NPROC; i++)
-               ADDTAIL(&StackFreeList, (Node *)proc_stacks[i]);
+#if CONFIG_KERN_HEAP
+       LIST_INIT(&zombie_list);
+       heap_init(&proc_heap, heap_buf, sizeof(heap_buf));
 #endif
-
        /*
         * We "promote" the current context into a real process. The only thing we have
         * to do is create a PCB and make it current. We don't need to setup the stack
         * pointer because it will be written the first time we switch to another process.
         */
-       proc_init_struct(&MainProcess);
-       CurrentProcess = &MainProcess;
+       proc_initStruct(&main_process);
+       current_process = &main_process;
 
 #if CONFIG_KERN_MONITOR
        monitor_init();
-       monitor_add(CurrentProcess, "main");
+       monitor_add(current_process, "main");
 #endif
+       MOD_INIT(proc);
+}
+
+
+#if CONFIG_KERN_HEAP
 
+/**
+ * Free all the resources of all zombie processes previously added to the zombie
+ * list.
+ */
+static void proc_freeZombies(void)
+{
+       Process *proc;
+
+       while (1)
+       {
+               PROC_ATOMIC(proc = (Process *)list_remHead(&zombie_list));
+               if (proc == NULL)
+                       return;
+
+               if (proc->flags & PF_FREESTACK)
+               {
+                       PROC_ATOMIC(heap_freemem(&proc_heap, proc->stack_base,
+                               proc->stack_size + PROC_SIZE_WORDS * sizeof(cpu_stack_t)));
+               }
+       }
+}
+
+/**
+ * Enqueue a process in the zombie list.
+ */
+static void proc_addZombie(Process *proc)
+{
+       Node *node;
 #if CONFIG_KERN_PREEMPT
-       preempt_init();
+       ASSERT(!proc_preemptAllowed());
 #endif
 
-       MOD_INIT(proc);
+#if CONFIG_KERN_PRI
+       node = &(proc)->link.link;
+#else
+       node = &(proc)->link;
+#endif
+       LIST_ASSERT_VALID(&zombie_list);
+       ADDTAIL(&zombie_list, node);
 }
 
+#endif /* CONFIG_KERN_HEAP */
+
 /**
  * Create a new process, starting at the provided entry point.
  *
+ *
+ * \note The function
+ * \code
+ * proc_new(entry, data, stacksize, stack)
+ * \endcode
+ * is a more convenient way to create a process, as you don't have to specify
+ * the name.
+ *
  * \return Process structure of new created process
  *         if successful, NULL otherwise.
  */
 struct Process *proc_new_with_name(UNUSED_ARG(const char *, name), void (*entry)(void), iptr_t data, size_t stack_size, cpu_stack_t *stack_base)
 {
        Process *proc;
-       const size_t PROC_SIZE_WORDS = ROUND_UP2(sizeof(Process), sizeof(cpu_stack_t)) / sizeof(cpu_stack_t);
+       LOG_INFO("name=%s", name);
 #if CONFIG_KERN_HEAP
        bool free_stack = false;
-#endif
-       LOG_INFO("name=%s", name);
 
-#if (ARCH & ARCH_EMUL)
-       /* Ignore stack provided by caller and use the large enough default instead. */
-       PROC_ATOMIC(stack_base = (cpu_stack_t *)list_remHead(&StackFreeList));
-       ASSERT(stack_base);
+       /*
+        * Free up resources of a zombie process.
+        *
+        * We're implementing a kind of lazy garbage collector here for
+        * efficiency reasons: we can avoid to introduce overhead into another
+        * kernel task dedicated to free up resources (e.g., idle) and we're
+        * not introducing any overhead into the scheduler after a context
+        * switch (that would be *very* bad, because the scheduler runs with
+        * IRQ disabled).
+        *
+        * In this way we are able to release the memory of the zombie tasks
+        * without disabling IRQs and without introducing any significant
+        * overhead in any other kernel task.
+        */
+       proc_freeZombies();
 
-       stack_size = CONFIG_KERN_MINSTACKSIZE;
-#elif CONFIG_KERN_HEAP
        /* Did the caller provide a stack for us? */
        if (!stack_base)
        {
                /* Did the caller specify the desired stack size? */
                if (!stack_size)
-                       stack_size = CONFIG_KERN_MINSTACKSIZE;
+                       stack_size = KERN_MINSTACKSIZE;
 
                /* Allocate stack dinamically */
-               if (!(stack_base = heap_alloc(stack_size)))
+               PROC_ATOMIC(stack_base =
+                       (cpu_stack_t *)heap_allocmem(&proc_heap, stack_size));
+               if (stack_base == NULL)
                        return NULL;
 
                free_stack = true;
        }
 
-#else // !ARCH_EMUL && !CONFIG_KERN_HEAP
+#else // CONFIG_KERN_HEAP
 
        /* Stack must have been provided by the user */
        ASSERT_VALID_PTR(stack_base);
        ASSERT(stack_size);
 
-#endif // !ARCH_EMUL && !CONFIG_KERN_HEAP
+#endif // CONFIG_KERN_HEAP
 
 #if CONFIG_KERN_MONITOR
        /*
@@ -223,10 +289,10 @@ struct Process *proc_new_with_name(UNUSED_ARG(const char *, name), void (*entry)
        ASSERT((uintptr_t)proc->stack % sizeof(cpu_aligned_stack_t) == 0);
 
        stack_size -= PROC_SIZE_WORDS * sizeof(cpu_stack_t);
-       proc_init_struct(proc);
+       proc_initStruct(proc);
        proc->user_data = data;
 
-#if CONFIG_KERN_HEAP | CONFIG_KERN_MONITOR | (ARCH & ARCH_EMUL)
+#if CONFIG_KERN_HEAP | CONFIG_KERN_MONITOR
        proc->stack_base = stack_base;
        proc->stack_size = stack_size;
        #if CONFIG_KERN_HEAP
@@ -234,24 +300,12 @@ struct Process *proc_new_with_name(UNUSED_ARG(const char *, name), void (*entry)
                proc->flags |= PF_FREESTACK;
        #endif
 #endif
+       proc->user_entry = entry;
+       CPU_CREATE_NEW_STACK(proc->stack);
 
-       #if CONFIG_KERN_PREEMPT
-
-               getcontext(&proc->context);
-               proc->context.uc_stack.ss_sp = proc->stack;
-               proc->context.uc_stack.ss_size = stack_size - 1;
-               proc->context.uc_link = NULL;
-               makecontext(&proc->context, (void (*)(void))proc_entry, 1, entry);
-
-       #else // !CONFIG_KERN_PREEMPT
-       
-               CPU_CREATE_NEW_STACK(proc->stack, entry, proc_exit);
-               
-       #endif // CONFIG_KERN_PREEMPT
-
-       #if CONFIG_KERN_MONITOR
-               monitor_add(proc, name);
-       #endif
+#if CONFIG_KERN_MONITOR
+       monitor_add(proc, name);
+#endif
 
        /* Add to ready list */
        ATOMIC(SCHED_ENQUEUE(proc));
@@ -266,12 +320,12 @@ struct Process *proc_new_with_name(UNUSED_ARG(const char *, name), void (*entry)
  */
 const char *proc_name(struct Process *proc)
 {
-       #if CONFIG_KERN_MONITOR
-               return proc ? proc->monitor.name : "<NULL>";
-       #else
-               (void)proc;
-               return "---";
-       #endif
+#if CONFIG_KERN_MONITOR
+       return proc ? proc->monitor.name : "<NULL>";
+#else
+       (void)proc;
+       return "---";
+#endif
 }
 
 /// Return the name of the currently running process
@@ -313,58 +367,65 @@ void proc_rename(struct Process *proc, const char *name)
  */
 void proc_setPri(struct Process *proc, int pri)
 {
-               if (proc->link.pri == pri)
-                       return;
+       if (proc->link.pri == pri)
+               return;
 
-               proc->link.pri = pri;
+       proc->link.pri = pri;
 
-               if (proc != CurrentProcess)
-               {
-                               proc_forbid();
-                               ATOMIC(sched_reenqueue(proc));
-                               proc_permit();
-               }
+       if (proc != current_process)
+               ATOMIC(sched_reenqueue(proc));
 }
 #endif // CONFIG_KERN_PRI
 
+INLINE void proc_run(void)
+{
+       void (*entry)(void) = current_process->user_entry;
+
+       LOG_INFO("New process starting at %p", entry);
+       entry();
+}
+
+/**
+ * Entry point for all the processes.
+ */
+void proc_entry(void)
+{
+       /*
+        * Return from a context switch assumes interrupts are disabled, so
+        * we need to explicitly re-enable them as soon as possible.
+        */
+       IRQ_ENABLE;
+       /* Call the actual process's entry point */
+       proc_run();
+       proc_exit();
+}
+
 /**
  * Terminate the current process
  */
 void proc_exit(void)
 {
-       LOG_INFO("%p:%s", CurrentProcess, proc_currentName());
+       LOG_INFO("%p:%s", current_process, proc_currentName());
 
 #if CONFIG_KERN_MONITOR
-       monitor_remove(CurrentProcess);
+       monitor_remove(current_process);
 #endif
 
+       proc_forbid();
 #if CONFIG_KERN_HEAP
        /*
-        * The following code is BROKEN.
-        * We are freeing our own stack before entering proc_schedule()
-        * BAJO: A correct fix would be to rearrange the scheduler with
-        *  an additional parameter which frees the old stack/process
-        *  after a context switch.
+        * Set the task as zombie, its resources will be freed in proc_new() in
+        * a lazy way, when another process will be created.
         */
-       if (CurrentProcess->flags & PF_FREESTACK)
-               heap_free(CurrentProcess->stack_base, CurrentProcess->stack_size);
-       heap_free(CurrentProcess);
+       proc_addZombie(current_process);
 #endif
+       current_process = NULL;
+       proc_permit();
 
-#if (ARCH & ARCH_EMUL)
-       /* Reinsert process stack in free list */
-       PROC_ATOMIC(ADDHEAD(&StackFreeList, (Node *)CurrentProcess->stack_base));
-
-       /*
-        * NOTE: At this point the first two words of what used
-        * to be our stack contain a list node. From now on, we
-        * rely on the compiler not reading/writing the stack.
-        */
-#endif /* ARCH_EMUL */
-
-       CurrentProcess = NULL;
        proc_switch();
-       /* not reached */
+
+       /* never reached */
+       ASSERT(0);
 }
 
 
@@ -373,5 +434,58 @@ void proc_exit(void)
  */
 iptr_t proc_currentUserData(void)
 {
-       return CurrentProcess->user_data;
+       return current_process->user_data;
+}
+
+/**
+ * Call the scheduler and eventually replace the current running process.
+ */
+void proc_schedule(void)
+{
+       Process *old_process = current_process;
+
+       IRQ_ASSERT_DISABLED();
+
+       /* Poll on the ready queue for the first ready process */
+       LIST_ASSERT_VALID(&proc_ready_list);
+       while (!(current_process = (struct Process *)list_remHead(&proc_ready_list)))
+       {
+               /*
+                * Make sure we physically reenable interrupts here, no matter what
+                * the current task status is. This is important because if we
+                * are idle-spinning, we must allow interrupts, otherwise no
+                * process will ever wake up.
+                *
+                * During idle-spinning, an interrupt can occur and it may
+                * modify \p proc_ready_list. To ensure that compiler reload this
+                * variable every while cycle we call CPU_MEMORY_BARRIER.
+                * The memory barrier ensure that all variables used in this context
+                * are reloaded.
+                * \todo If there was a way to write sig_wait() so that it does not
+                * disable interrupts while waiting, there would not be any
+                * reason to do this.
+                */
+               IRQ_ENABLE;
+               CPU_IDLE;
+               MEMORY_BARRIER;
+               IRQ_DISABLE;
+       }
+       /*
+        * Optimization: don't switch contexts when the active process has not
+        * changed.
+        */
+       if (LIKELY(current_process != old_process)) {
+               cpu_stack_t *dummy;
+
+               /*
+                * Save context of old process and switch to new process. If
+                * there is no old process, we save the old stack pointer into
+                * a dummy variable that we ignore. In fact, this happens only
+                * when the old process has just exited.
+                */
+               asm_switch_context(&current_process->stack,
+                               old_process ? &old_process->stack : &dummy);
+       }
+       /* This RET resumes the execution on the new process */
+       LOG_INFO("resuming %p:%s\n", current_process, proc_currentName());
 }