Block IO Scheduler (#158)

* Block io调度器
* process_wakeup时，对cfs的进程，重设虚拟运行时间。解决由于休眠的进程，其虚拟运行时间过小，导致其他进程饥饿的问题

* 1、为AP核启动apic_timer,使其能够运行调度
2、增加kick_cpu功能，支持让某个特定核心立即运行调度器
3、wait_queue的唤醒，改为立即唤醒。
4、增加进程在核心间迁移的功能
5、CFS调度器为每个核心设置单独的IDLE进程pcb（pid均为0）
6、pcb中增加migrate_to字段
7、当具有多核时，io调度器在核心1上运行。

* io调度器文件位置修改

* 修改io的makefile

* 更新makefile中的变量名

* 修改io调度器函数名

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Co-authored-by: login <longjin@ringotek.cn>

Author: houmkh

kernel/src/Makefile

@@ -17,7 +17,7 @@ export ASFLAGS := --64
 LD_LIST := head.o
 
 
-kernel_subdirs := common driver process debug filesystem time arch exception mm smp sched syscall ktest libs ipc
+kernel_subdirs := common driver process debug filesystem time arch exception mm smp sched syscall ktest libs ipc io
 
 
 

kernel/src/arch/x86_64/cpu.rs

@@ -2,17 +2,17 @@ use core::arch::asm;
 
 /// @brief 获取当前cpu的apic id
 #[inline]
-pub fn arch_current_apic_id() -> u8 {
+pub fn current_cpu_id() -> u8 {
     let cpuid_res: u32;
     unsafe {
         asm!(
              "mov eax, 1",
              "cpuid",
-             "mov r15, ebx",
+             "mov r15, rbx",
              lateout("r15") cpuid_res
         );
     }
-    return (cpuid_res >> 24) as u8;
+    return ((cpuid_res >> 24) & 0xff) as u8;
 }
 
 /// @brief 通过pause指令，让cpu休息一会儿。降低空转功耗

kernel/src/common/blk_types.h

@@ -40,11 +40,8 @@ struct block_device_request_packet
     uint64_t LBA_start;
     uint32_t count;
     uint64_t buffer_vaddr;
-
     uint8_t device_type; // 0: ahci
     void (*end_handler)(ul num, ul arg);
-
-    wait_queue_node_t wait_queue;
 };
 
 /**
@@ -53,7 +50,6 @@ struct block_device_request_packet
  */
 struct block_device_request_queue
 {
-    wait_queue_node_t wait_queue_list;
     struct block_device_request_packet *in_service; // 正在请求的结点
     ul request_count;
 };
@@ -64,13 +60,12 @@ struct block_device_request_queue
  */
 struct block_device
 {
-    sector_t bd_start_sector;                    // 该分区的起始扇区
-    uint64_t bd_start_LBA;                       // 起始LBA号
-    sector_t bd_sectors_num;                     // 该分区的扇区数
-    struct vfs_superblock_t *bd_superblock;      // 执行超级块的指针
-    struct blk_gendisk *bd_disk;                 // 当前分区所属的磁盘
-    struct block_device_request_queue *bd_queue; // 请求队列
-    uint16_t bd_partno;                          // 在磁盘上的分区号
+    sector_t bd_start_sector;               // 该分区的起始扇区
+    uint64_t bd_start_LBA;                  // 起始LBA号
+    sector_t bd_sectors_num;                // 该分区的扇区数
+    struct vfs_superblock_t *bd_superblock; // 执行超级块的指针
+    struct blk_gendisk *bd_disk;            // 当前分区所属的磁盘
+    uint16_t bd_partno;                     // 在磁盘上的分区号
 };
 
 // 定义blk_gendisk中的标志位
@@ -85,10 +80,8 @@ struct blk_gendisk
     char disk_name[DISK_NAME_LEN]; // 磁盘驱动器名称
     uint16_t part_cnt;             // 磁盘分区计数
     uint16_t flags;
-    struct block_device *partition;                   // 磁盘分区数组
-    const struct block_device_operation *fops;        // 磁盘操作
-    struct block_device_request_queue *request_queue; // 磁盘请求队列
+    struct block_device *partition;            // 磁盘分区数组
+    const struct block_device_operation *fops; // 磁盘操作
     void *private_data;
-
     mutex_t open_mutex; // open()/close()操作的互斥锁
 };

kernel/src/common/completion.h

@@ -30,7 +30,7 @@ long wait_for_completion_interruptible_timeout(struct completion *x, long timeou
 void wait_for_multicompletion(struct completion x[], int n);
 bool try_wait_for_completion(struct completion *x);
 bool completion_done(struct completion *x);
-
+struct completion *completion_alloc();
 /**
  * 测试函数声明 (测试代码辅助函数)
  */

kernel/src/common/kthread.h

@@ -1,8 +1,8 @@
 #pragma once
 
+#include <common/err.h>
 #include <common/numa.h>
 #include <process/proc-types.h>
-#include <common/err.h>
 #include <process/process.h>
 
 /**
@@ -21,9 +21,7 @@ struct kthread_info_t
     char *full_name; // 内核线程的名称
 };
 
-struct process_control_block *kthread_create_on_node(int (*thread_fn)(void *data),
-                                                     void *data,
-                                                     int node,
+struct process_control_block *kthread_create_on_node(int (*thread_fn)(void *data), void *data, int node,
                                                      const char name_fmt[], ...);
 /**
  * @brief 在当前结点上创建一个内核线程
@@ -35,12 +33,12 @@ struct process_control_block *kthread_create_on_node(int (*thread_fn)(void *data
  *
  * 请注意，该宏会创建一个内核线程，并将其设置为停止状态
  */
-#define kthread_create(thread_fn, data, name_fmt, arg...) \
+#define kthread_create(thread_fn, data, name_fmt, arg...)                                                              \
     kthread_create_on_node(thread_fn, data, NUMA_NO_NODE, name_fmt, ##arg)
 
 /**
  * @brief 创建内核线程，并将其唤醒
- * 
+ *
  * @param thread_fn 该内核线程要执行的函数
  * @param data 传递给 thread_fn 的参数数据
  * @param name_fmt printf-style format string for the thread name
@@ -56,47 +54,49 @@ struct process_control_block *kthread_create_on_node(int (*thread_fn)(void *data
 
 /**
  * @brief 创建内核实时线程，并将其唤醒
- * 
+ *
  * @param thread_fn 该内核线程要执行的函数
  * @param data 传递给 thread_fn 的参数数据
  * @param name_fmt printf-style format string for the thread name
  * @param arg name_fmt的参数
  */
-#define kthread_run_rt(thread_fn, data, name_fmt, ...)                                                          \
-    ({                                                                                                       \
-        struct process_control_block *__kt = kthread_create(thread_fn, data, name_fmt, ##__VA_ARGS__); \
-        __kt=process_init_rt_pcb(__kt);                                                              \
-        if (!IS_ERR(__kt)){                                                                                   \
-            process_wakeup(__kt);}                                                                            \
-        __kt;                                                                                                \
+#define kthread_run_rt(thread_fn, data, name_fmt, ...)                                                                 \
+    ({                                                                                                                 \
+        struct process_control_block *__kt = kthread_create(thread_fn, data, name_fmt, ##__VA_ARGS__);                 \
+        __kt = process_init_rt_pcb(__kt);                                                                              \
+        if (!IS_ERR(__kt))                                                                                             \
+        {                                                                                                              \
+            process_wakeup(__kt);                                                                                      \
+        }                                                                                                              \
+        __kt;                                                                                                          \
     })
 
 /**
  * @brief 向kthread发送停止信号，请求其结束
- * 
+ *
  * @param pcb 内核线程的pcb
  * @return int 错误码
  */
-int kthread_stop(struct process_control_block * pcb);
+int kthread_stop(struct process_control_block *pcb);
 
 /**
  * @brief 内核线程调用该函数，检查自身的标志位，判断自己是否应该执行完任务后退出
- * 
+ *
  * @return true 内核线程应该退出
  * @return false 无需退出
  */
 bool kthread_should_stop(void);
 
 /**
  * @brief 让当前内核线程退出，并返回result参数给kthread_stop()函数
- * 
+ *
  * @param result 返回值
  */
 void kthread_exit(long result);
 
 /**
  * @brief 初始化kthread机制(只应被process_init调用)
- * 
+ *
  * @return int 错误码
  */
 int kthread_mechanism_init();
@@ -119,7 +119,7 @@ struct kthread_info_t *to_kthread(struct process_control_block *pcb);
 
 /**
  * @brief 释放pcb指向的worker private
- * 
+ *
  * @param pcb 要释放的pcb
  */
 void free_kthread_struct(struct process_control_block *pcb);