Make errno and return value work for async syscalls.
[akaros.git] / kern / arch / i686 / trap.c
1 #ifdef __SHARC__
2 #pragma nosharc
3 #define SINIT(x) x
4 #endif
5
6 #include <arch/mmu.h>
7 #include <arch/x86.h>
8 #include <arch/arch.h>
9 #include <arch/console.h>
10 #include <arch/apic.h>
11 #include <ros/common.h>
12 #include <smp.h>
13 #include <assert.h>
14 #include <pmap.h>
15 #include <trap.h>
16 #include <monitor.h>
17 #include <process.h>
18 #include <mm.h>
19 #include <stdio.h>
20 #include <slab.h>
21 #include <syscall.h>
22
23 taskstate_t RO ts;
24
25 /* Interrupt descriptor table.  (Must be built at run time because
26  * shifted function addresses can't be represented in relocation records.)
27  */
28 // Aligned on an 8 byte boundary (SDM V3A 5-13)
29 gatedesc_t __attribute__ ((aligned (8))) (RO idt)[256] = { { 0 } };
30 pseudodesc_t RO idt_pd = {
31         sizeof(idt) - 1, (uint32_t) idt
32 };
33
34 /* global handler table, used by core0 (for now).  allows the registration
35  * of functions to be called when servicing an interrupt.  other cores
36  * can set up their own later.
37  */
38 #ifdef __IVY__
39 #pragma cilnoremove("iht_lock")
40 #endif
41 spinlock_t iht_lock;
42 handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) (RO interrupt_handlers)[NUM_INTERRUPT_HANDLERS];
43
44 static const char *NTS trapname(int trapno)
45 {
46     // zra: excnames is SREADONLY because Ivy doesn't trust const
47         static const char *NT const (RO excnames)[] = {
48                 "Divide error",
49                 "Debug",
50                 "Non-Maskable Interrupt",
51                 "Breakpoint",
52                 "Overflow",
53                 "BOUND Range Exceeded",
54                 "Invalid Opcode",
55                 "Device Not Available",
56                 "Double Fault",
57                 "Coprocessor Segment Overrun",
58                 "Invalid TSS",
59                 "Segment Not Present",
60                 "Stack Fault",
61                 "General Protection",
62                 "Page Fault",
63                 "(unknown trap)",
64                 "x87 FPU Floating-Point Error",
65                 "Alignment Check",
66                 "Machine-Check",
67                 "SIMD Floating-Point Exception"
68         };
69
70         if (trapno < sizeof(excnames)/sizeof(excnames[0]))
71                 return excnames[trapno];
72         if (trapno == T_SYSCALL)
73                 return "System call";
74         return "(unknown trap)";
75 }
76
77
78 void
79 idt_init(void)
80 {
81         extern segdesc_t (RO gdt)[];
82
83         // This table is made in trapentry.S by each macro in that file.
84         // It is layed out such that the ith entry is the ith's traphandler's
85         // (uint32_t) trap addr, then (uint32_t) trap number
86         struct trapinfo { uint32_t trapaddr; uint32_t trapnumber; };
87         extern struct trapinfo (BND(__this,trap_tbl_end) RO trap_tbl)[];
88         extern struct trapinfo (SNT RO trap_tbl_end)[];
89         int i, trap_tbl_size = trap_tbl_end - trap_tbl;
90         extern void ISR_default(void);
91
92         // set all to default, to catch everything
93         for(i = 0; i < 256; i++)
94                 ROSETGATE(idt[i], 0, GD_KT, &ISR_default, 0);
95
96         // set all entries that have real trap handlers
97         // we need to stop short of the last one, since the last is the default
98         // handler with a fake interrupt number (500) that is out of bounds of
99         // the idt[]
100         // if we set these to trap gates, be sure to handle the IRQs separately
101         // and we might need to break our pretty tables
102         for(i = 0; i < trap_tbl_size - 1; i++)
103                 ROSETGATE(idt[trap_tbl[i].trapnumber], 0, GD_KT, trap_tbl[i].trapaddr, 0);
104
105         // turn on syscall handling and other user-accessible ints
106         // DPL 3 means this can be triggered by the int instruction
107         // STS_TG32 sets the IDT type to a Trap Gate (interrupts enabled)
108         idt[T_SYSCALL].gd_dpl = SINIT(3);
109         idt[T_SYSCALL].gd_type = SINIT(STS_TG32);
110         idt[T_BRKPT].gd_dpl = SINIT(3);
111
112         // Setup a TSS so that we get the right stack
113         // when we trap to the kernel.
114         ts.ts_esp0 = SINIT(KSTACKTOP);
115         ts.ts_ss0 = SINIT(GD_KD);
116
117         // Initialize the TSS field of the gdt.
118         SEG16ROINIT(gdt[GD_TSS >> 3],STS_T32A, (uint32_t)(&ts),sizeof(taskstate_t),0);
119         //gdt[GD_TSS >> 3] = (segdesc_t)SEG16(STS_T32A, (uint32_t) (&ts),
120         //                                 sizeof(taskstate_t), 0);
121         gdt[GD_TSS >> 3].sd_s = SINIT(0);
122
123         // Load the TSS
124         ltr(GD_TSS);
125
126         // Load the IDT
127         asm volatile("lidt idt_pd");
128
129         // This will go away when we start using the IOAPIC properly
130         pic_remap();
131         // set LINT0 to receive ExtINTs (KVM's default).  At reset they are 0x1000.
132         write_mmreg32(LAPIC_LVT_LINT0, 0x700);
133         // mask it to shut it up for now
134         mask_lapic_lvt(LAPIC_LVT_LINT0);
135         // and turn it on
136         lapic_enable();
137         /* register the generic timer_interrupt() handler for the per-core timers */
138         register_interrupt_handler(interrupt_handlers, LAPIC_TIMER_DEFAULT_VECTOR,
139                                    timer_interrupt, NULL);
140 }
141
142 void
143 print_regs(push_regs_t *regs)
144 {
145         cprintf("  edi  0x%08x\n", regs->reg_edi);
146         cprintf("  esi  0x%08x\n", regs->reg_esi);
147         cprintf("  ebp  0x%08x\n", regs->reg_ebp);
148         cprintf("  oesp 0x%08x\n", regs->reg_oesp);
149         cprintf("  ebx  0x%08x\n", regs->reg_ebx);
150         cprintf("  edx  0x%08x\n", regs->reg_edx);
151         cprintf("  ecx  0x%08x\n", regs->reg_ecx);
152         cprintf("  eax  0x%08x\n", regs->reg_eax);
153 }
154
155 void
156 print_trapframe(trapframe_t *tf)
157 {
158         static spinlock_t ptf_lock;
159
160         spin_lock_irqsave(&ptf_lock);
161         printk("TRAP frame at %p on core %d\n", tf, core_id());
162         print_regs(&tf->tf_regs);
163         printk("  gs   0x----%04x\n", tf->tf_gs);
164         printk("  fs   0x----%04x\n", tf->tf_fs);
165         printk("  es   0x----%04x\n", tf->tf_es);
166         printk("  ds   0x----%04x\n", tf->tf_ds);
167         printk("  trap 0x%08x %s\n", tf->tf_trapno, trapname(tf->tf_trapno));
168         printk("  err  0x%08x\n", tf->tf_err);
169         printk("  eip  0x%08x\n", tf->tf_eip);
170         printk("  cs   0x----%04x\n", tf->tf_cs);
171         printk("  flag 0x%08x\n", tf->tf_eflags);
172         /* Prevents us from thinking these mean something for nested interrupts. */
173         if (tf->tf_cs != GD_KT) {
174                 printk("  esp  0x%08x\n", tf->tf_esp);
175                 printk("  ss   0x----%04x\n", tf->tf_ss);
176         }
177         spin_unlock_irqsave(&ptf_lock);
178 }
179
180 static void
181 trap_dispatch(trapframe_t *tf)
182 {
183         // Handle processor exceptions.
184         switch(tf->tf_trapno) {
185                 case T_BRKPT:
186                         monitor(tf);
187                         break;
188                 case T_PGFLT:
189                         page_fault_handler(tf);
190                         break;
191                 case T_SYSCALL:
192                         // check for userspace, for now
193                         assert(tf->tf_cs != GD_KT);
194                         struct per_cpu_info* coreinfo = &per_cpu_info[core_id()];
195                         coreinfo->cur_ret.returnloc = &(tf->tf_regs.reg_eax);
196                         coreinfo->cur_ret.errno_loc = &(tf->tf_regs.reg_esi);
197                         // syscall code wants an edible reference for current
198                         kref_get(&coreinfo->cur_proc->kref, 1);
199                         tf->tf_regs.reg_eax =
200                                 syscall(coreinfo->cur_proc, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
201                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
202                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
203                         kref_put(&coreinfo->cur_proc->kref);
204                         break;
205                 default:
206                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
207                         print_trapframe(tf);
208                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
209                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
210                         else {
211                                 warn("Unexpected trap from userspace");
212                                 kref_get(&current->kref, 1);
213                                 proc_destroy(current);
214                                 return;
215                         }
216         }
217         return;
218 }
219
220 void
221 env_push_ancillary_state(env_t* e)
222 {
223         // TODO: (HSS) handle silly state (don't really want this per-process)
224         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
225 }
226
227 void
228 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
229 {
230         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
231 }
232
233 void
234 trap(trapframe_t *tf)
235 {
236         printd("Incoming TRAP frame on core %d at %p\n", core_id(), tf);
237
238         /* Note we are not preemptively saving the TF in the env_tf.  We do maintain
239          * a reference to it in current_tf (a per-cpu pointer).
240          * In general, only save the tf and any silly state once you know it
241          * is necessary (blocking).  And only save it in env_tf when you know you
242          * are single core (PROC_RUNNING_S) */
243         if (!in_kernel(tf))
244                 set_current_tf(tf);
245
246         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
247                 print_trapframe(tf);
248                 panic("Trapframe with invalid CS!");
249         }
250
251         // Dispatch based on what type of trap occurred
252         trap_dispatch(tf);
253
254         // Return to the current process, which should be runnable.
255         proc_restartcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
256 }
257
258 void
259 irq_handler(trapframe_t *tf)
260 {
261         if (!in_kernel(tf))
262                 set_current_tf(tf);
263         //if (core_id())
264                 printd("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
265
266         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
267
268         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
269         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
270
271         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
272                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
273         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
274         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
275                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
276
277         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
278         // This is set up to work with an old PIC for now
279         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
280         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
281         // For now, only 235-255 are available
282         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
283
284 #ifndef __CONFIG_DISABLE_MPTABLES__
285         lapic_send_eoi();
286 #else
287         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
288         if (tf->tf_trapno < 48)
289                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
290         else
291                 lapic_send_eoi();
292 #endif
293
294 }
295
296 void
297 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
298                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
299 {
300         table[int_num].isr = handler;
301         table[int_num].data = data;
302 }
303
304 void
305 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
306 {
307         uint32_t fault_va;
308
309         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
310         fault_va = rcr2();
311
312         // Handle kernel-mode page faults.
313
314         // TODO - one day, we'll want to handle this.
315         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
316                 print_trapframe(tf);
317                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
318         }
319
320         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
321         // the page fault happened in user mode.
322
323         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
324         // page fault stack frame on the user exception stack (below
325         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
326         //
327         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
328         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
329         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
330         //
331         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
332         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
333         // don't have to worry about this because the top of the regular user
334         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
335         // an extra word between the current top of the exception stack and
336         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
337         // stack.
338         //
339         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
340         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
341         // then destroy the environment that caused the fault.
342         //
343         // Hints:
344         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
345         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
346         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
347
348         // LAB 4: Your code here.
349
350         // TODO: compute correct access type
351         if(handle_page_fault(current,fault_va,PROT_READ))
352         {
353                 // Destroy the environment that caused the fault.
354                 cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
355                         current->pid, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
356                 print_trapframe(tf);
357                 kref_get(&current->kref, 1);
358                 proc_destroy(current);
359         }
360 }
361
362 void sysenter_init(void)
363 {
364         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
365         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
366         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
367 }
368
369 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
370 void sysenter_callwrapper(struct trapframe *tf)
371 {
372         struct per_cpu_info* coreinfo = &per_cpu_info[core_id()];
373         if (!in_kernel(tf))
374                 coreinfo->cur_tf = tf;
375         coreinfo->cur_ret.returnloc = &(tf->tf_regs.reg_eax);
376         coreinfo->cur_ret.errno_loc = &(tf->tf_regs.reg_esi);
377
378         // syscall code wants an edible reference for current
379         kref_get(&current->kref, 1);
380         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
381                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
382                                                  tf->tf_regs.reg_esi,
383                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
384                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
385                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
386                                                  0);
387         kref_put(&current->kref);
388         /*
389          * careful here - we need to make sure that this current is the right
390          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
391          * restore the proper value in current before returning to here.
392          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
393          */
394         proc_restartcore(current, tf);
395 }
396
397 struct kmem_cache *kernel_msg_cache;
398 void kernel_msg_init(void)
399 {
400         kernel_msg_cache = kmem_cache_create("kernel_msgs",
401                            sizeof(struct kernel_message), HW_CACHE_ALIGN, 0, 0, 0);
402 }
403
404 uint32_t send_kernel_message(uint32_t dst, amr_t pc, TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1,
405                              TV(a2t) arg2, int type)
406 {
407         kernel_message_t *k_msg;
408         assert(pc);
409         // note this will be freed on the destination core
410         k_msg = (kernel_message_t *CT(1))TC(kmem_cache_alloc(kernel_msg_cache, 0));
411         k_msg->srcid = core_id();
412         k_msg->pc = pc;
413         k_msg->arg0 = arg0;
414         k_msg->arg1 = arg1;
415         k_msg->arg2 = arg2;
416         switch (type) {
417                 case KMSG_IMMEDIATE:
418                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
419                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].immed_amsgs, k_msg, link);
420                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
421                         break;
422                 case KMSG_ROUTINE:
423                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
424                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].routine_amsgs, k_msg, link);
425                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
426                         break;
427                 default:
428                         panic("Unknown type of kernel message!");
429         }
430         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
431         // need an wmb_f()
432         send_ipi(get_hw_coreid(dst), I_KERNEL_MSG);
433         return 0;
434 }
435
436 /* Helper function.  Returns 0 if the list was empty. */
437 static kernel_message_t *get_next_amsg(struct kernel_msg_list *list_head,
438                                        spinlock_t *list_lock)
439 {
440         kernel_message_t *k_msg;
441         spin_lock_irqsave(list_lock);
442         k_msg = STAILQ_FIRST(list_head);
443         if (k_msg)
444                 STAILQ_REMOVE_HEAD(list_head, link);
445         spin_unlock_irqsave(list_lock);
446         return k_msg;
447 }
448
449 /* Kernel message handler.  Extensive documentation is in
450  * Documentation/kernel_messages.txt.
451  *
452  * In general: this processes immediate messages, then routine messages.
453  * Routine messages might not return (__startcore, etc), so we need to be
454  * careful about a few things.
455  *
456  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
457  * currently disabled for this gate.  Interrupts need to be disabled so that the
458  * self-ipi doesn't preempt the execution of this kernel message. */
459 void __kernel_message(struct trapframe *tf)
460 {
461         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
462         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
463
464         lapic_send_eoi();
465         while (1) { // will break out when there are no more messages
466                 /* Try to get an immediate message.  Exec and free it. */
467                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->immed_amsgs, &myinfo->immed_amsg_lock);
468                 if (k_msg) {
469                         assert(k_msg->pc);
470                         k_msg->pc(tf, k_msg->srcid, k_msg->arg0, k_msg->arg1, k_msg->arg2);
471                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
472                 } else { // no immediate, might be a routine
473                         if (in_kernel(tf))
474                                 return; // don't execute routine msgs if we were in the kernel
475                         k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
476                                               &myinfo->routine_amsg_lock);
477                         if (!k_msg) // no routines either
478                                 return;
479                         /* copy in, and then free, in case we don't return */
480                         msg_cp = *k_msg;
481                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
482                         /* make sure an IPI is pending if we have more work */
483                         /* techincally, we don't need to lock when checking */
484                         if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
485                                !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
486                                 send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
487                         /* Execute the kernel message */
488                         assert(msg_cp.pc);
489                         msg_cp.pc(tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1, msg_cp.arg2);
490                 }
491         }
492 }
493
494 /* Runs any outstanding routine kernel messages from within the kernel.  Will
495  * make sure immediates still run first (or when they arrive, if processing a
496  * bunch of these messages).  This will disable interrupts, and restore them to
497  * whatever state you left them. */
498 void process_routine_kmsg(void)
499 {
500         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
501         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
502         int8_t irq_state = 0;
503
504         disable_irqsave(&irq_state);
505         while (1) {
506                 /* normally, we want ints disabled, so we don't have an empty self-ipi
507                  * for every routine message. (imagine a long list of routines).  But we
508                  * do want immediates to run ahead of routines.  This enabling should
509                  * work (might not in some shitty VMs).  Also note we can receive an
510                  * extra self-ipi for routine messages before we turn off irqs again.
511                  * Not a big deal, since we will process it right away. 
512                  * TODO: consider calling __kernel_message() here. */
513                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->immed_amsgs)) {
514                         enable_irq();
515                         cpu_relax();
516                         disable_irq();
517                 }
518                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
519                                       &myinfo->routine_amsg_lock);
520                 if (!k_msg) {
521                         enable_irqsave(&irq_state);
522                         return;
523                 }
524                 /* copy in, and then free, in case we don't return */
525                 msg_cp = *k_msg;
526                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
527                 /* make sure an IPI is pending if we have more work */
528                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
529                        !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
530                         send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
531                 /* Execute the kernel message */
532                 assert(msg_cp.pc);
533                 msg_cp.pc(current_tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1,
534                           msg_cp.arg2);
535         }
536 }