Active messages using dynamically allocated memory
[akaros.git] / kern / arch / i386 / trap.c
1 #ifdef __SHARC__
2 //#pragma nosharc
3 #endif
4
5 #include <arch/mmu.h>
6 #include <arch/x86.h>
7 #include <arch/arch.h>
8 #include <arch/console.h>
9 #include <arch/apic.h>
10 #include <ros/common.h>
11 #include <smp.h>
12 #include <assert.h>
13 #include <pmap.h>
14 #include <trap.h>
15 #include <monitor.h>
16 #include <process.h>
17 #include <stdio.h>
18 #include <slab.h>
19
20 #include <syscall.h>
21
22 taskstate_t RO ts;
23
24 /* Interrupt descriptor table.  (Must be built at run time because
25  * shifted function addresses can't be represented in relocation records.)
26  */
27 // Aligned on an 8 byte boundary (SDM V3A 5-13)
28 gatedesc_t __attribute__ ((aligned (8))) (RO idt)[256] = { { 0 } };
29 pseudodesc_t RO idt_pd = {
30         sizeof(idt) - 1, (uint32_t) idt
31 };
32
33 /* global handler table, used by core0 (for now).  allows the registration
34  * of functions to be called when servicing an interrupt.  other cores
35  * can set up their own later.
36  */
37 #ifdef __IVY__
38 #pragma cilnoremove("iht_lock")
39 #endif
40 spinlock_t iht_lock;
41 handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) (RO interrupt_handlers)[NUM_INTERRUPT_HANDLERS];
42
43 static const char *NTS trapname(int trapno)
44 {
45     // zra: excnames is SREADONLY because Ivy doesn't trust const
46         static const char *NT const (RO excnames)[] = {
47                 "Divide error",
48                 "Debug",
49                 "Non-Maskable Interrupt",
50                 "Breakpoint",
51                 "Overflow",
52                 "BOUND Range Exceeded",
53                 "Invalid Opcode",
54                 "Device Not Available",
55                 "Double Fault",
56                 "Coprocessor Segment Overrun",
57                 "Invalid TSS",
58                 "Segment Not Present",
59                 "Stack Fault",
60                 "General Protection",
61                 "Page Fault",
62                 "(unknown trap)",
63                 "x87 FPU Floating-Point Error",
64                 "Alignment Check",
65                 "Machine-Check",
66                 "SIMD Floating-Point Exception"
67         };
68
69         if (trapno < sizeof(excnames)/sizeof(excnames[0]))
70                 return excnames[trapno];
71         if (trapno == T_SYSCALL)
72                 return "System call";
73         return "(unknown trap)";
74 }
75
76
77 void
78 idt_init(void)
79 {
80         extern segdesc_t (RO gdt)[];
81
82         // This table is made in trapentry.S by each macro in that file.
83         // It is layed out such that the ith entry is the ith's traphandler's
84         // (uint32_t) trap addr, then (uint32_t) trap number
85         struct trapinfo { uint32_t trapaddr; uint32_t trapnumber; };
86         extern struct trapinfo (BND(__this,trap_tbl_end) RO trap_tbl)[];
87         extern struct trapinfo (SNT RO trap_tbl_end)[];
88         int i, trap_tbl_size = trap_tbl_end - trap_tbl;
89         extern void ISR_default(void);
90
91         // set all to default, to catch everything
92         for(i = 0; i < 256; i++)
93                 ROSETGATE(idt[i], 0, GD_KT, &ISR_default, 0);
94
95         // set all entries that have real trap handlers
96         // we need to stop short of the last one, since the last is the default
97         // handler with a fake interrupt number (500) that is out of bounds of
98         // the idt[]
99         // if we set these to trap gates, be sure to handle the IRQs separately
100         // and we might need to break our pretty tables
101         for(i = 0; i < trap_tbl_size - 1; i++)
102                 ROSETGATE(idt[trap_tbl[i].trapnumber], 0, GD_KT, trap_tbl[i].trapaddr, 0);
103
104         // turn on syscall handling and other user-accessible ints
105         // DPL 3 means this can be triggered by the int instruction
106         // STS_TG32 sets the IDT type to a Trap Gate (interrupts enabled)
107         idt[T_SYSCALL].gd_dpl = SINIT(3);
108         idt[T_SYSCALL].gd_type = SINIT(STS_TG32);
109         idt[T_BRKPT].gd_dpl = SINIT(3);
110
111         // Setup a TSS so that we get the right stack
112         // when we trap to the kernel.
113         ts.ts_esp0 = SINIT(KSTACKTOP);
114         ts.ts_ss0 = SINIT(GD_KD);
115
116         // Initialize the TSS field of the gdt.
117         SEG16ROINIT(gdt[GD_TSS >> 3],STS_T32A, (uint32_t)(&ts),sizeof(taskstate_t),0);
118         //gdt[GD_TSS >> 3] = (segdesc_t)SEG16(STS_T32A, (uint32_t) (&ts),
119         //                                 sizeof(taskstate_t), 0);
120         gdt[GD_TSS >> 3].sd_s = SINIT(0);
121
122         // Load the TSS
123         ltr(GD_TSS);
124
125         // Load the IDT
126         asm volatile("lidt idt_pd");
127
128         // This will go away when we start using the IOAPIC properly
129         pic_remap();
130         // set LINT0 to receive ExtINTs (KVM's default).  At reset they are 0x1000.
131         write_mmreg32(LAPIC_LVT_LINT0, 0x700);
132         // mask it to shut it up for now
133         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_LINT0);
134         // and turn it on
135         lapic_enable();
136 }
137
138 void
139 print_regs(push_regs_t *regs)
140 {
141         cprintf("  edi  0x%08x\n", regs->reg_edi);
142         cprintf("  esi  0x%08x\n", regs->reg_esi);
143         cprintf("  ebp  0x%08x\n", regs->reg_ebp);
144         cprintf("  oesp 0x%08x\n", regs->reg_oesp);
145         cprintf("  ebx  0x%08x\n", regs->reg_ebx);
146         cprintf("  edx  0x%08x\n", regs->reg_edx);
147         cprintf("  ecx  0x%08x\n", regs->reg_ecx);
148         cprintf("  eax  0x%08x\n", regs->reg_eax);
149 }
150
151 void
152 print_trapframe(trapframe_t *tf)
153 {
154         static spinlock_t ptf_lock;
155
156         spin_lock_irqsave(&ptf_lock);
157         cprintf("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
158         print_regs(&tf->tf_regs);
159         cprintf("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
160         cprintf("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
161         cprintf("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
162         cprintf("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
163         cprintf("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
164         cprintf("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
165         cprintf("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
166         cprintf("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
167         cprintf("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
168         spin_unlock_irqsave(&ptf_lock);
169 }
170
171 static void
172 trap_dispatch(trapframe_t *tf)
173 {
174         // Handle processor exceptions.
175         switch(tf->tf_trapno) {
176                 case T_BRKPT:
177                         while (1)
178                                 monitor(tf);
179                         // never get to this
180                         assert(0);
181                 case T_PGFLT:
182                         page_fault_handler(tf);
183                         break;
184                 case T_SYSCALL:
185                         // check for userspace, for now
186                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
187                         // Note we pass the tf ptr along, in case syscall needs to block
188                         tf->tf_regs.reg_eax =
189                                 syscall(current, tf, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
190                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
191                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
192                         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
193                         break;
194                 default:
195                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
196                         print_trapframe(tf);
197                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
198                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
199                         else {
200                                 warn("Unexpected trap from userspace");
201                                 proc_destroy(current);
202                                 return;
203                         }
204         }
205         return;
206 }
207
208 void
209 env_push_ancillary_state(env_t* e)
210 {
211         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
212 }
213
214 void
215 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
216 {
217         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
218 }
219
220 void
221 trap(trapframe_t *tf)
222 {
223         //printk("Incoming TRAP frame on core %d at %p\n", core_id(), tf);
224
225         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
226         // context.  doing it now is safe. (HSS)
227         // we also need to sort this wrt multiple contexts
228         env_push_ancillary_state(current);
229
230         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
231                 print_trapframe(tf);
232                 panic("Trapframe with invalid CS!");
233         }
234
235         /* If we're vcore0, save the trapframe in the proc's env_tf.  make sure
236          * silly state is sorted (HSS). This applies to any RUNNING_* state. */
237         if (current->vcoremap[0] == core_id()) {
238                 current->env_tf = *tf;
239                 tf = &current->env_tf;
240         }
241         // Dispatch based on what type of trap occurred
242         trap_dispatch(tf);
243
244         // should this be if == 3?  Sort out later when we handle traps.
245         // so far we never get here.  managed to get here once when a MCP took two
246         // page faults and both called proc_destroy().  one of which returned since
247         // it was already DYING (though it should have waited for it's death IPI).
248         assert(0);
249         // Return to the current environment, which should be runnable.
250         proc_startcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
251 }
252
253 void
254 irq_handler(trapframe_t *tf)
255 {
256         //if (core_id())
257         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
258         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
259
260         // TODO: do this once we know we are are not returning to the current
261         // context.  doing it now is safe. (HSS)
262         env_push_ancillary_state(current);
263
264         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
265
266         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
267         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
268
269         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
270                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
271         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
272         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
273                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
274
275         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
276         // This is set up to work with an old PIC for now
277         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
278         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
279         // For now, only 235-255 are available
280         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
281         
282         lapic_send_eoi();
283         
284         /*
285         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
286         if (tf->tf_trapno < 48)
287                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
288         else
289                 lapic_send_eoi();
290         */
291
292 }
293
294 void
295 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
296                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
297 {
298         table[int_num].isr = handler;
299         table[int_num].data = data;
300 }
301
302 void
303 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
304 {
305         uint32_t fault_va;
306
307         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
308         fault_va = rcr2();
309
310         // Handle kernel-mode page faults.
311
312         // TODO - one day, we'll want to handle this.
313         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
314                 print_trapframe(tf);
315                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
316         }
317
318         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
319         // the page fault happened in user mode.
320
321         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
322         // page fault stack frame on the user exception stack (below
323         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
324         //
325         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
326         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
327         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
328         //
329         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
330         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
331         // don't have to worry about this because the top of the regular user
332         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
333         // an extra word between the current top of the exception stack and
334         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
335         // stack.
336         //
337         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
338         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
339         // then destroy the environment that caused the fault.
340         //
341         // Hints:
342         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
343         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
344         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
345
346         // LAB 4: Your code here.
347
348         // Destroy the environment that caused the fault.
349         cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
350                 current->env_id, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
351         print_trapframe(tf);
352         proc_destroy(current);
353 }
354
355 void sysenter_init(void)
356 {
357         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
358         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
359         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
360 }
361
362 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
363 void sysenter_callwrapper(struct Trapframe *tf)
364 {
365         /* If we're vcore0, save the trapframe in the proc's env_tf.  make sure
366          * silly state is sorted (HSS). This applies to any RUNNING_* state. */
367         if (current->vcoremap[0] == core_id()) {
368                 current->env_tf = *tf;
369                 tf = &current->env_tf;
370         }
371         // Note we pass the tf ptr along, in case syscall needs to block
372         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current, tf,
373                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
374                                                  tf->tf_regs.reg_edx,
375                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
376                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
377                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
378                                                  0);
379         /*
380          * careful here - we need to make sure that this current is the right
381          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
382          * restore the proper value in current before returning to here.
383          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
384          */
385         proc_startcore(current, tf);
386 }
387
388 struct kmem_cache *active_msg_cache;
389 void active_msg_init(void)
390 {
391         active_msg_cache = kmem_cache_create("active_msgs",
392                            sizeof(struct active_message), HW_CACHE_ALIGN, 0, 0, 0);
393 }
394
395 uint32_t send_active_message(uint32_t dst, amr_t pc,
396                              TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1, TV(a2t) arg2)
397 {
398         active_message_t *a_msg;
399         assert(pc);
400         // note this will be freed on the destination core
401         a_msg = kmem_cache_alloc(active_msg_cache, 0);
402         a_msg->srcid = core_id();
403         a_msg->pc = pc;
404         a_msg->arg0 = arg0;
405         a_msg->arg1 = arg1;
406         a_msg->arg2 = arg2;
407         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
408         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].active_msgs, a_msg, link);
409         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].amsg_lock);
410         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
411         // need an wmb_f()
412         send_ipi(dst, 0, I_ACTIVE_MSG);
413         return 0;
414 }
415
416 /* Active message handler.  We don't want to block other AMs from coming in, so
417  * we'll copy out the message and let go of the lock.  This won't return until
418  * all pending AMs are executed.  If the PC is 0, then this was an extra IPI and
419  * we already handled the message (or someone is sending IPIs without loading
420  * the active message...)
421  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
422  * currently disabled for this gate.  Interrupts need to be disabled so that the
423  * self-ipi doesn't preempt the execution of this active message. */
424 void __active_message(trapframe_t *tf)
425 {
426         per_cpu_info_t RO*myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
427         active_message_t my_msg, *a_msg;
428
429         lapic_send_eoi();
430         while (1) { // will break out when there are no more messages
431                 /* Get the message */
432                 spin_lock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
433                 a_msg = STAILQ_FIRST(&myinfo->active_msgs);
434                 /* No messages to execute, so break out, etc. */
435                 if (!a_msg) {
436                         spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
437                         return;
438                 }
439                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&myinfo->active_msgs, link);
440                 spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
441                 // copy in, and then free, in case we don't return
442                 my_msg = *a_msg;
443                 kmem_cache_free(active_msg_cache, a_msg);
444                 assert(my_msg.pc);
445                 /* In case the function doesn't return (which is common: __startcore,
446                  * __death, etc), there is a chance we could lose an amsg.  We can only
447                  * have up to two interrupts outstanding, and if we never return, we
448                  * never deal with any other amsgs.  This extra IPI hurts performance
449                  * but is only necessary if there is another outstanding message in the
450                  * buffer, but makes sure we never miss out on an amsg. */
451                 spin_lock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
452                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->active_msgs))
453                         send_self_ipi(I_ACTIVE_MSG);
454                 spin_unlock_irqsave(&myinfo->amsg_lock);
455
456                 /* TODO: for some reason, this is breaking things (startcore loses the
457                  * proc_lock at some point...  it's a null interrupt, so you should just
458                  * take it and return.  this happens for any interrupt that comes in
459                  * (like from proc_destroy too) when the cores are about to grab the
460                  * proc_lock.  Note there is no reason to self ipi #254. */
461                 //send_self_ipi(254);
462
463                 /* Execute the active message */
464                 my_msg.pc(tf, my_msg.srcid, my_msg.arg0, my_msg.arg1, my_msg.arg2);
465         }
466 }