Added krefs, used them for process refcounting
[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
195                         // syscall code wants an edible reference for current
196                         kref_get(&current->kref, 1);
197                         tf->tf_regs.reg_eax =
198                                 syscall(current, tf->tf_regs.reg_eax, tf->tf_regs.reg_edx,
199                                         tf->tf_regs.reg_ecx, tf->tf_regs.reg_ebx,
200                                         tf->tf_regs.reg_edi, tf->tf_regs.reg_esi);
201                         kref_put(&current->kref);
202                         break;
203                 default:
204                         // Unexpected trap: The user process or the kernel has a bug.
205                         print_trapframe(tf);
206                         if (tf->tf_cs == GD_KT)
207                                 panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
208                         else {
209                                 warn("Unexpected trap from userspace");
210                                 kref_get(&current->kref, 1);
211                                 proc_destroy(current);
212                                 return;
213                         }
214         }
215         return;
216 }
217
218 void
219 env_push_ancillary_state(env_t* e)
220 {
221         // TODO: (HSS) handle silly state (don't really want this per-process)
222         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
223 }
224
225 void
226 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
227 {
228         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
229 }
230
231 void
232 trap(trapframe_t *tf)
233 {
234         printd("Incoming TRAP frame on core %d at %p\n", core_id(), tf);
235
236         /* Note we are not preemptively saving the TF in the env_tf.  We do maintain
237          * a reference to it in current_tf (a per-cpu pointer).
238          * In general, only save the tf and any silly state once you know it
239          * is necessary (blocking).  And only save it in env_tf when you know you
240          * are single core (PROC_RUNNING_S) */
241         if (!in_kernel(tf))
242                 set_current_tf(tf);
243
244         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
245                 print_trapframe(tf);
246                 panic("Trapframe with invalid CS!");
247         }
248
249         // Dispatch based on what type of trap occurred
250         trap_dispatch(tf);
251
252         // Return to the current process, which should be runnable.
253         proc_restartcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
254 }
255
256 void
257 irq_handler(trapframe_t *tf)
258 {
259         if (!in_kernel(tf))
260                 set_current_tf(tf);
261         //if (core_id())
262                 printd("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
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 #ifndef __CONFIG_DISABLE_MPTABLES__
283         lapic_send_eoi();
284 #else
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 #endif
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         // TODO: compute correct access type
349         if(handle_page_fault(current,fault_va,PROT_READ))
350         {
351                 // Destroy the environment that caused the fault.
352                 cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
353                         current->pid, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
354                 print_trapframe(tf);
355                 kref_get(&current->kref, 1);
356                 proc_destroy(current);
357         }
358 }
359
360 void sysenter_init(void)
361 {
362         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
363         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
364         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
365 }
366
367 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
368 void sysenter_callwrapper(struct trapframe *tf)
369 {
370         if (!in_kernel(tf))
371                 set_current_tf(tf);
372
373         // syscall code wants an edible reference for current
374         kref_get(&current->kref, 1);
375         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
376                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
377                                                  tf->tf_regs.reg_esi,
378                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
379                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
380                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
381                                                  0);
382         kref_put(&current->kref);
383         /*
384          * careful here - we need to make sure that this current is the right
385          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
386          * restore the proper value in current before returning to here.
387          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
388          */
389         proc_restartcore(current, tf);
390 }
391
392 struct kmem_cache *kernel_msg_cache;
393 void kernel_msg_init(void)
394 {
395         kernel_msg_cache = kmem_cache_create("kernel_msgs",
396                            sizeof(struct kernel_message), HW_CACHE_ALIGN, 0, 0, 0);
397 }
398
399 uint32_t send_kernel_message(uint32_t dst, amr_t pc, TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1,
400                              TV(a2t) arg2, int type)
401 {
402         kernel_message_t *k_msg;
403         assert(pc);
404         // note this will be freed on the destination core
405         k_msg = (kernel_message_t *CT(1))TC(kmem_cache_alloc(kernel_msg_cache, 0));
406         k_msg->srcid = core_id();
407         k_msg->pc = pc;
408         k_msg->arg0 = arg0;
409         k_msg->arg1 = arg1;
410         k_msg->arg2 = arg2;
411         switch (type) {
412                 case KMSG_IMMEDIATE:
413                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
414                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].immed_amsgs, k_msg, link);
415                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
416                         break;
417                 case KMSG_ROUTINE:
418                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
419                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].routine_amsgs, k_msg, link);
420                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
421                         break;
422                 default:
423                         panic("Unknown type of kernel message!");
424         }
425         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
426         // need an wmb_f()
427         send_ipi(get_hw_coreid(dst), I_KERNEL_MSG);
428         return 0;
429 }
430
431 /* Helper function.  Returns 0 if the list was empty. */
432 static kernel_message_t *get_next_amsg(struct kernel_msg_list *list_head,
433                                        spinlock_t *list_lock)
434 {
435         kernel_message_t *k_msg;
436         spin_lock_irqsave(list_lock);
437         k_msg = STAILQ_FIRST(list_head);
438         if (k_msg)
439                 STAILQ_REMOVE_HEAD(list_head, link);
440         spin_unlock_irqsave(list_lock);
441         return k_msg;
442 }
443
444 /* Kernel message handler.  Extensive documentation is in
445  * Documentation/kernel_messages.txt.
446  *
447  * In general: this processes immediate messages, then routine messages.
448  * Routine messages might not return (__startcore, etc), so we need to be
449  * careful about a few things.
450  *
451  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
452  * currently disabled for this gate.  Interrupts need to be disabled so that the
453  * self-ipi doesn't preempt the execution of this kernel message. */
454 void __kernel_message(struct trapframe *tf)
455 {
456         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
457         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
458
459         lapic_send_eoi();
460         while (1) { // will break out when there are no more messages
461                 /* Try to get an immediate message.  Exec and free it. */
462                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->immed_amsgs, &myinfo->immed_amsg_lock);
463                 if (k_msg) {
464                         assert(k_msg->pc);
465                         k_msg->pc(tf, k_msg->srcid, k_msg->arg0, k_msg->arg1, k_msg->arg2);
466                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
467                 } else { // no immediate, might be a routine
468                         if (in_kernel(tf))
469                                 return; // don't execute routine msgs if we were in the kernel
470                         k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
471                                               &myinfo->routine_amsg_lock);
472                         if (!k_msg) // no routines either
473                                 return;
474                         /* copy in, and then free, in case we don't return */
475                         msg_cp = *k_msg;
476                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
477                         /* make sure an IPI is pending if we have more work */
478                         /* techincally, we don't need to lock when checking */
479                         if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
480                                !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
481                                 send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
482                         /* Execute the kernel message */
483                         assert(msg_cp.pc);
484                         msg_cp.pc(tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1, msg_cp.arg2);
485                 }
486         }
487 }
488
489 /* Runs any outstanding routine kernel messages from within the kernel.  Will
490  * make sure immediates still run first (or when they arrive, if processing a
491  * bunch of these messages).  This will disable interrupts, and restore them to
492  * whatever state you left them. */
493 void process_routine_kmsg(void)
494 {
495         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
496         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
497         int8_t irq_state = 0;
498
499         disable_irqsave(&irq_state);
500         while (1) {
501                 /* normally, we want ints disabled, so we don't have an empty self-ipi
502                  * for every routine message. (imagine a long list of routines).  But we
503                  * do want immediates to run ahead of routines.  This enabling should
504                  * work (might not in some shitty VMs).  Also note we can receive an
505                  * extra self-ipi for routine messages before we turn off irqs again.
506                  * Not a big deal, since we will process it right away. 
507                  * TODO: consider calling __kernel_message() here. */
508                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->immed_amsgs)) {
509                         enable_irq();
510                         cpu_relax();
511                         disable_irq();
512                 }
513                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
514                                       &myinfo->routine_amsg_lock);
515                 if (!k_msg) {
516                         enable_irqsave(&irq_state);
517                         return;
518                 }
519                 /* copy in, and then free, in case we don't return */
520                 msg_cp = *k_msg;
521                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
522                 /* make sure an IPI is pending if we have more work */
523                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
524                        !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
525                         send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
526                 /* Execute the kernel message */
527                 assert(msg_cp.pc);
528                 msg_cp.pc(current_tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1,
529                           msg_cp.arg2);
530         }
531 }