第2章　カーネル側でAPを制御する

リスト2.1: 021_lapic_id/apic.c

/* 追加(ここから) */
#define LAPIC_REG_BASE  0xfee00000
#define LAPIC_ID_REG    (*(volatile unsigned int *)(LAPIC_REG_BASE + 0x20))

unsigned char get_pnum(void)
{
        return LAPIC_ID_REG >> 24;
}
/* 追加(ここまで) */

リスト2.2: 021_lapic_id/main.c

/* ・・・ 省略 ・・・ */
#include <pic.h>
#include <apic.h> /* 追加 */
/* ・・・ 省略 ・・・ */

#define INIT_APP        "test"

/* 追加(ここから) */
/* コンソールへアクセス可能なCPUを管理(同時アクセスを簡易的に防ぐ) */
unsigned char con_access_perm = 0;
/* 追加(ここまで) */

void start_kernel(void *_t __attribute__((unused)), struct platform_info *pi,
                  void *_fs_start)
{
        /* 追加(ここから) */
        unsigned char pnum = get_pnum();

        /* APの場合、初期化処理をスキップ */
        if (pnum) {
                /* 自分の番まで待つ */
                while (con_access_perm != pnum);

                /* AP自身のプロセッサ番号を表示 */
                puth(pnum, 1);

                /* 次の番へ回す */
                con_access_perm++;

                /* haltして待つ */
                while (1)
                        cpu_halt();
        }
        /* 追加(ここまで) */

        /* フレームバッファ周りの初期化 */
        fb_init(&pi->fb);
        set_fg(255, 255, 255);
        set_bg(0, 70, 250);
        clear_screen();

        /* 追加(ここから) */
        /* BSP自身のプロセッサ番号を表示 */
        puth(pnum, 1);

        /* 次の番へ回す */
        con_access_perm++;

        /* haltして待つ */
        while (1)
                cpu_halt();
        /* 追加(ここまで) */

        /* ACPIの初期化 */
        acpi_init(pi->rsdp);

        /* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.3: 022_wait_con_init/main.c

/* ・・・ 省略 ・・・ */
#define INIT_APP        "test"

/* 変更(ここから) */
/* コンソールの初期化が完了したか否か */
unsigned char is_con_inited = 0;
/* 変更(ここまで) */

void start_kernel(void *_t __attribute__((unused)), struct platform_info *pi,
                  void *_fs_start)
{
        unsigned char pnum = get_pnum();

        /* APの場合、初期化処理をスキップ */
        if (pnum) {
                /* 変更(ここから) */
                /* コンソールの初期化が完了するまで待つ */
                while (!is_con_inited);

                /* AP自身のプロセッサ番号を表示 */
                puth(pnum, 1);
                /* 変更(ここまで) */

                /* haltして待つ */
                while (1)
                        cpu_halt();
        }

        /* フレームバッファ周りの初期化 */
        fb_init(&pi->fb);
        set_fg(255, 255, 255);
        set_bg(0, 70, 250);
        clear_screen();
        is_con_inited = 1;      /* 追加 */

        /* BSP自身のプロセッサ番号を表示 */
        puth(pnum, 1);

        /* haltして待つ */
        while (1)
                cpu_halt();

        /* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.4: 023_spin_lock/x86.c

/* ・・・ 省略 ・・・ */
/* 追加(ここから) */
/*
Spin_Lock:
        CMP lockvar, 0          ;Check if lock is free
        JE Get_Lock
        PAUSE                   ;Short delay
        JMP Spin_Lock
Get_Lock:
        MOV EAX, 1
        XCHG EAX, lockvar       ;Try to get lock
        CMP EAX, 0              ;Test if successful
        JNE Spin_Lock
Critical_Section:
        <critical section code>
        MOV lockvar, 0
        ...
Continue:

# ref:
# 8.10.6.1 Use the PAUSE Instruction in Spin-Wait Loops
# - Intel(R) 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual
#   Volume 3 System Programming Guide
*/

void spin_lock(unsigned int *lockvar)
{
        unsigned char got_lock = 0;
        do {
                while (*lockvar)
                        CPU_PAUSE();

                unsigned int lock = 1;
                asm volatile ("xchg %[lock], %[lockvar]"
                              : [lock]"+r"(lock), [lockvar]"+m"(*lockvar)
                              :: "memory", "cc");

                if (!lock)
                        got_lock = 1;
        } while (!got_lock);
}

void spin_unlock(volatile unsigned int *lockvar __attribute__((unused)))
{
        *lockvar = 0;
}
/* 追加(ここまで) */

リスト2.5: 023_spin_lock/include/x86.h

/* ・・・ 省略 ・・・ */

#define MAX_INTR_NO     256

#define CPU_PAUSE()     asm volatile ("pause")        /* 追加 */

struct __attribute__((packed)) interrupt_descriptor {
        /* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.6: 023_spin_lock/fbcon.c

#include <x86.h>  /* 追加 */
#include <fbcon.h>
#include <fb.h>
#include <font.h>

/* 64bit unsignedの最大値0xffffffffffffffffは
 * 10進で18446744073709551615(20桁)なので'\0'含め21文字分のバッファで足りる */
#define MAX_STR_BUF     21

unsigned int cursor_x = 0, cursor_y = 0;
unsigned int putc_lock = 0;     /* 追加 */

void putc(char c)
{
        spin_lock(&putc_lock);      /* 追加 */

        unsigned int x, y;

        /* ・・・ 省略 ・・・ */

        }

        spin_unlock(&putc_lock);    /* 追加 */
}

/* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.7: 024_exec/ap.c

/* 追加(ここから) */
#include <x86.h>
#include <intr.h>
#include <syscall.h>

void ap_init(void)
{
        /* CPU周りの初期化 */
        gdt_init();
        intr_init();

        /* システムコールの初期化 */
        syscall_init();
}
/* 追加(ここまで) */

リスト2.8: 024_exec/ap.c

#include <x86.h>
#include <intr.h>
#include <proc.h> /* 追加 */
#include <syscall.h>
#include <fs.h>   /* 追加 */
#include <common.h>       /* 追加 */

#define MAX_APS         16      /* 追加 */

struct file *ap_task[MAX_APS] = { NULL };       /* 追加 */

void ap_init(void)
{
        /* ・・・ 省略 ・・・ */
}

/* 追加(ここから) */
void ap_run(unsigned char pnum)
{
        while (1) {
                /* 自分用のタスクが登録されるのを待つ */
                while (!ap_task[pnum - 1])
                        CPU_PAUSE();

                /* 実行 */
                exec(ap_task[pnum - 1]);

                /* 空に戻す */
                ap_task[pnum - 1] = NULL;
        }
}
/* 追加(ここまで) */

リスト2.9: 024_exec/ap.c

/* ・・・ 省略 ・・・ */

struct file *ap_task[MAX_APS] = { NULL };
unsigned int ap_task_lock[MAX_APS] = { 0 };     /* 追加 */

/* ・・・ 省略 ・・・ */

void ap_run(unsigned char pnum)
{
        /* ・・・ 省略 ・・・ */
}

/* 追加(ここから) */
int ap_enq_task(struct file *f, unsigned char pnum)
{
        int result = -1;

        spin_lock(&ap_task_lock[pnum - 1]);

        /* 空いていればタスクを登録 */
        if (!ap_task[pnum - 1]) {
                ap_task[pnum - 1] = f;
                result = 0;
        }

        spin_unlock(&ap_task_lock[pnum - 1]);

        return result;
}
/* 追加(ここまで) */

リスト2.10: 024_exec/main.c

#include <x86.h>
#include <ap.h>   /* 追加 */
/* ・・・ 省略 ・・・ */

void start_kernel(void *_t __attribute__((unused)), struct platform_info *pi,
                  void *_fs_start)
{
        unsigned char pnum = get_pnum();

        /* 変更(ここから) */
        /* 専用の初期化処理を行い、実行を開始する */
        if (pnum) {
                ap_init();
                ap_run(pnum);
        }
        /* 変更(ここまで) */

        /* フレームバッファ周りの初期化 */
        fb_init(&pi->fb);
        set_fg(255, 255, 255);
        set_bg(0, 70, 250);
        clear_screen();
        is_con_inited = 1;

        /* プロセッサ番号表示処理は削除 */

        /* ACPIの初期化 */
        acpi_init(pi->rsdp);

        /* ・・・ 省略 ・・・ */

        /* ファイルシステムの初期化 */
        fs_init(_fs_start);

        /* 追加(ここから) */
        /* AP1で外部アプリ実行 */
        struct file *app = open("puta");
        ap_enq_task(app, 1);    /* 1回目 */
        while (ap_enq_task(app, 1) != 0) /* 2回目を試みる */
                CPU_PAUSE();

        /* haltして待つ */
        while (1)
                cpu_halt();
        /* 追加(ここまで) */

        /* スケジューラの初期化 */
        sched_init();

        /* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.11: 025_syscall/syscall.c

#include <ap.h>   /* 追加 */
#include <intr.h>
/* ・・・ 省略 ・・・ */

enum SYSCCALL_NO {
        SYSCALL_PUTC,
        SYSCALL_OPEN,
        SYSCALL_EXEC,
        SYSCALL_ENQ_TASK,
        SYSCALL_RCV_FRAME,
        SYSCALL_SND_FRAME,
        SYSCALL_EXEC_AP,        /* 追加 */
        MAX_SYSCALL_NUM
};

unsigned long long do_syscall_interrupt(
        unsigned long long syscall_id, unsigned long long arg1,
        unsigned long long arg2 __attribute__((unused)),
        unsigned long long arg3 __attribute__((unused)))
{
        unsigned long long ret_val = 0;

        switch (syscall_id) {
        /* ・・・ 省略 ・・・ */

        /* 追加(ここから) */
        case SYSCALL_EXEC_AP:
                ret_val = ap_enq_task((struct file *)arg1, arg2);
                break;
        /* 追加(ここまで) */
        }

        /* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.15: 025_syscall/main.c

/* ・・・ 省略 ・・・ */

void start_kernel(void *_t __attribute__((unused)), struct platform_info *pi,
                  void *_fs_start)
{
        /* ・・・ 省略 ・・・ */

        /* ファイルシステムの初期化 */
        fs_init(_fs_start);

        /* AP1への外部アプリ実行と、
         * その後の処理を止めていたwhile()を削除 */

        /* スケジューラの初期化 */
        sched_init();

        /* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.13: 025_syscall/apps/07_exec_ap/lib.c

/* ・・・ 省略 ・・・ */

enum SYSCCALL_NO {
        SYSCALL_PUTC,
        SYSCALL_OPEN,
        SYSCALL_EXEC,
        SYSCALL_ENQ_TASK,
        SYSCALL_RCV_FRAME,
        SYSCALL_SND_FRAME,
        SYSCALL_EXEC_AP,        /* 追加 */
        MAX_SYSCALL_NUM
};

/* ・・・ 省略 ・・・ */

void exec(struct file *file)
{
        syscall(SYSCALL_EXEC, (unsigned long long)file, 0, 0);
}

/* 追加(ここから) */
int exec_ap(struct file *file, unsigned char pnum)
{
        return (int)syscall(SYSCALL_EXEC_AP, (unsigned long long)file, pnum, 0);
}
/* 追加(ここまで) */

/* ・・・ 省略 ・・・ */

リスト2.14: 025_syscall/apps/07_exec_app/app.c

#include <lib.h>

#define MAX_EXEC_COUNT  2

int main(void)
{
        unsigned char i;
        for (i = 0; i < MAX_EXEC_COUNT;) {
                if (exec_ap(open("puta"), 1) == 0)
                        i++;
        }

        return 0;
}

リスト2.15: 025_syscall/main.c

/* ・・・ 省略 ・・・ */

#define INIT_APP        "test"

/* ・・・ 省略 ・・・ */

void start_kernel(void *_t __attribute__((unused)), struct platform_info *pi,
                  void *_fs_start)
{
        /* ・・・ 省略 ・・・ */

        /* initアプリ起動 */
        exec(open(INIT_APP));

        /* haltして待つ */
        while (1)
                cpu_halt();
}