add user task

tornado-kernel/src/task/mod.rs

@@ -4,6 +4,7 @@ mod executor;
 mod lock;
 mod shared;
 mod switch;
+mod user_task;
 
 pub use lock::Lock;
 pub use kernel_task::{KernelTask, TaskId};

tornado-kernel/src/task/user_task.rs

@@ -0,0 +1,92 @@
+use crate::{hart::KernelHartInfo, memory::VirtualAddress};
+
+/// 用户态任务
+/// 
+/// 目前只是暂时设计，将用户态任务硬编码在内核中
+
+use super::process::Process;
+use alloc::sync::Arc;
+use spin::Mutex;
+use core::{ops::Range, pin::Pin};
+use alloc::boxed::Box;
+use core::future::Future;
+use core::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
+use super::SharedTaskHandle;
+
+/// 临时的用户态任务实现
+pub struct UserTask {
+    /// 任务的编号
+    pub id: UserTaskId,
+    /// 任务所属的进程
+    pub process: Arc<Process>,
+    /// 任务信息的可变部分
+    pub inner: Mutex<UserTaskInner>,
+    /// 任务的 future
+    pub future: Mutex<Pin<Box<dyn Future<Output = ()> + 'static + Send + Sync>>> // 用UnsafeCell代替Mutex会好一点
+}
+
+/// 任务信息的可变部分
+pub struct UserTaskInner {
+    /// 任务栈（用户态）
+    pub stack: Option<Range<VirtualAddress>>,
+    /// 任务是否在休眠
+    pub sleeping: bool,
+    /// 任务是否已经结束
+    pub finished: bool
+}
+
+/// 用户任务的编号
+#[derive(Eq, PartialEq, Debug, Clone, Copy, Hash)]
+pub struct UserTaskId(usize);
+
+impl UserTaskId {
+    pub(crate) fn generate() -> UserTaskId {
+        // 任务编号计数器，任务编号自增
+        static COUNTER: AtomicUsize = AtomicUsize::new(0);
+        let id = COUNTER.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
+        if id > usize::max_value() / 2 {
+            // TODO: 不让系统 Panic
+            panic!("too many tasks!")
+        }
+        UserTaskId(id)
+    }
+}
+
+impl UserTask {
+    /// 创建一个用户态任务
+    pub fn new(
+        future: impl Future<Output = ()> + 'static + Send + Sync,
+        process: Arc<Process>
+    ) -> Arc<UserTask> {
+        // 得到新的用户任务编号
+        let id = UserTaskId::generate();
+        // 打包成用户态任务
+        Arc::new(
+            UserTask {
+                id,
+                process,
+                inner: Mutex::new(UserTaskInner {
+                    stack: None,
+                    sleeping: false,
+                    finished: false,
+                }),
+                future: Mutex::new(Box::pin(future))
+            }
+        )
+    }
+
+    /// 给用户态任务分配一个栈
+    pub fn set_user_stack(&mut self, stack: Range<VirtualAddress>) {
+        self.inner.lock().stack = Some(stack);
+    }
+
+    /// 转换到共享的任务编号
+    /// 危险：创建了一个没有边界的生命周期
+    pub unsafe fn shared_task_handle(self: Arc<Self>) -> SharedTaskHandle {
+        SharedTaskHandle {
+            hart_id: KernelHartInfo::hart_id(),
+            address_space_id: self.process.address_space_id(),
+            task_ptr: Arc::into_raw(self) as usize
+        }
+    }
+}