Exp: per-core runqueues and timer ticks
[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                         proc_incref(current, 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                         proc_decref(current, 1);
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                                 proc_incref(current, 1);
211                                 proc_destroy(current);
212                                 return;
213                         }
214         }
215         return;
216 }
217
218 void save_fp_state(struct ancillary_state *silly)
219 {
220 }
221
222 void restore_fp_state(struct ancillary_state *silly)
223 {
224 }
225
226 void
227 env_push_ancillary_state(env_t* e)
228 {
229         // TODO: (HSS) handle silly state (don't really want this per-process)
230         // Here's where you'll save FP/MMX/XMM regs
231 }
232
233 void
234 env_pop_ancillary_state(env_t* e)
235 {
236         // Here's where you'll restore FP/MMX/XMM regs
237 }
238
239 void
240 trap(trapframe_t *tf)
241 {
242         //printk("Incoming TRAP frame on core %d at %p\n", core_id(), tf);
243
244         /* Note we are not preemptively saving the TF in the env_tf.  We do maintain
245          * a reference to it in current_tf (a per-cpu pointer).
246          * In general, only save the tf and any silly state once you know it
247          * is necessary (blocking).  And only save it in env_tf when you know you
248          * are single core (PROC_RUNNING_S) */
249         if (!in_kernel(tf))
250                 set_current_tf(tf);
251
252         if ((tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
253                 print_trapframe(tf);
254                 panic("Trapframe with invalid CS!");
255         }
256
257         // Dispatch based on what type of trap occurred
258         trap_dispatch(tf);
259
260         // Return to the current process, which should be runnable.
261         proc_restartcore(current, tf); // Note the comment in syscall.c
262 }
263
264 void
265 irq_handler(trapframe_t *tf)
266 {
267         if (!in_kernel(tf))
268                 set_current_tf(tf);
269         //if (core_id())
270         //      cprintf("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", tf->tf_trapno, core_id());
271         // merge this with alltraps?  other than the EOI... or do the same in all traps
272
273         extern handler_wrapper_t (RO handler_wrappers)[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
274
275         // determine the interrupt handler table to use.  for now, pick the global
276         handler_t TP(TV(t)) LCKD(&iht_lock) * handler_tbl = interrupt_handlers;
277
278         if (handler_tbl[tf->tf_trapno].isr != 0)
279                 handler_tbl[tf->tf_trapno].isr(tf, handler_tbl[tf->tf_trapno].data);
280         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
281         if ((I_SMP_CALL0 <= tf->tf_trapno) && (tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
282                 down_checklist(handler_wrappers[tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
283
284         // Send EOI.  might want to do this in assembly, and possibly earlier
285         // This is set up to work with an old PIC for now
286         // Convention is that all IRQs between 32 and 47 are for the PIC.
287         // All others are LAPIC (timer, IPIs, perf, non-ExtINT LINTS, etc)
288         // For now, only 235-255 are available
289         assert(tf->tf_trapno >= 32); // slows us down, but we should never have this
290
291 #ifndef __CONFIG_DISABLE_MPTABLES__
292         lapic_send_eoi();
293 #else
294         //Old PIC relatd code. Should be gone for good, but leaving it just incase.
295         if (tf->tf_trapno < 48)
296                 pic_send_eoi(tf->tf_trapno - PIC1_OFFSET);
297         else
298                 lapic_send_eoi();
299 #endif
300
301 }
302
303 void
304 register_interrupt_handler(handler_t TP(TV(t)) table[],
305                            uint8_t int_num, poly_isr_t handler, TV(t) data)
306 {
307         table[int_num].isr = handler;
308         table[int_num].data = data;
309 }
310
311 void
312 page_fault_handler(trapframe_t *tf)
313 {
314         uint32_t fault_va;
315
316         // Read processor's CR2 register to find the faulting address
317         fault_va = rcr2();
318
319         // Handle kernel-mode page faults.
320
321         // TODO - one day, we'll want to handle this.
322         if ((tf->tf_cs & 3) == 0) {
323                 print_trapframe(tf);
324                 panic("Page Fault in the Kernel at 0x%08x!", fault_va);
325         }
326
327         // We've already handled kernel-mode exceptions, so if we get here,
328         // the page fault happened in user mode.
329
330         // Call the environment's page fault upcall, if one exists.  Set up a
331         // page fault stack frame on the user exception stack (below
332         // UXSTACKTOP), then branch to current->env_pgfault_upcall.
333         //
334         // The page fault upcall might cause another page fault, in which case
335         // we branch to the page fault upcall recursively, pushing another
336         // page fault stack frame on top of the user exception stack.
337         //
338         // The trap handler needs one word of scratch space at the top of the
339         // trap-time stack in order to return.  In the non-recursive case, we
340         // don't have to worry about this because the top of the regular user
341         // stack is free.  In the recursive case, this means we have to leave
342         // an extra word between the current top of the exception stack and
343         // the new stack frame because the exception stack _is_ the trap-time
344         // stack.
345         //
346         // If there's no page fault upcall, the environment didn't allocate a
347         // page for its exception stack, or the exception stack overflows,
348         // then destroy the environment that caused the fault.
349         //
350         // Hints:
351         //   user_mem_assert() and env_run() are useful here.
352         //   To change what the user environment runs, modify 'current->env_tf'
353         //   (the 'tf' variable points at 'current->env_tf').
354
355         // LAB 4: Your code here.
356
357         // TODO: compute correct access type
358         if(handle_page_fault(current,fault_va,PROT_READ))
359         {
360                 // Destroy the environment that caused the fault.
361                 cprintf("[%08x] user fault va %08x ip %08x from core %d\n",
362                         current->pid, fault_va, tf->tf_eip, core_id());
363                 print_trapframe(tf);
364                 proc_incref(current, 1);
365                 proc_destroy(current);
366         }
367 }
368
369 void sysenter_init(void)
370 {
371         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_CS, GD_KT);
372         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, ts.ts_esp0);
373         write_msr(MSR_IA32_SYSENTER_EIP, (uint32_t) &sysenter_handler);
374 }
375
376 /* This is called from sysenter's asm, with the tf on the kernel stack. */
377 void sysenter_callwrapper(struct trapframe *tf)
378 {
379         if (!in_kernel(tf))
380                 set_current_tf(tf);
381
382         // syscall code wants an edible reference for current
383         proc_incref(current, 1);
384         tf->tf_regs.reg_eax = (intreg_t) syscall(current,
385                                                  tf->tf_regs.reg_eax,
386                                                  tf->tf_regs.reg_esi,
387                                                  tf->tf_regs.reg_ecx,
388                                                  tf->tf_regs.reg_ebx,
389                                                  tf->tf_regs.reg_edi,
390                                                  0);
391         proc_decref(current, 1);
392         /*
393          * careful here - we need to make sure that this current is the right
394          * process, which could be weird if the syscall blocked.  it would need to
395          * restore the proper value in current before returning to here.
396          * likewise, tf could be pointing to random gibberish.
397          */
398         proc_restartcore(current, tf);
399 }
400
401 struct kmem_cache *kernel_msg_cache;
402 void kernel_msg_init(void)
403 {
404         kernel_msg_cache = kmem_cache_create("kernel_msgs",
405                            sizeof(struct kernel_message), HW_CACHE_ALIGN, 0, 0, 0);
406 }
407
408 uint32_t send_kernel_message(uint32_t dst, amr_t pc, TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1,
409                              TV(a2t) arg2, int type)
410 {
411         kernel_message_t *k_msg;
412         assert(pc);
413         // note this will be freed on the destination core
414         k_msg = (kernel_message_t *CT(1))TC(kmem_cache_alloc(kernel_msg_cache, 0));
415         k_msg->srcid = core_id();
416         k_msg->pc = pc;
417         k_msg->arg0 = arg0;
418         k_msg->arg1 = arg1;
419         k_msg->arg2 = arg2;
420         switch (type) {
421                 case KMSG_IMMEDIATE:
422                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
423                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].immed_amsgs, k_msg, link);
424                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
425                         break;
426                 case KMSG_ROUTINE:
427                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
428                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].routine_amsgs, k_msg, link);
429                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
430                         break;
431                 default:
432                         panic("Unknown type of kernel message!");
433         }
434         // since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
435         // need an wmb_f()
436         send_ipi(get_hw_coreid(dst), I_KERNEL_MSG);
437         return 0;
438 }
439
440 /* Helper function.  Returns 0 if the list was empty. */
441 static kernel_message_t *get_next_amsg(struct kernel_msg_list *list_head,
442                                        spinlock_t *list_lock)
443 {
444         kernel_message_t *k_msg;
445         spin_lock_irqsave(list_lock);
446         k_msg = STAILQ_FIRST(list_head);
447         if (k_msg)
448                 STAILQ_REMOVE_HEAD(list_head, link);
449         spin_unlock_irqsave(list_lock);
450         return k_msg;
451 }
452
453 /* Kernel message handler.  Extensive documentation is in
454  * Documentation/kernel_messages.txt.
455  *
456  * In general: this processes immediate messages, then routine messages.
457  * Routine messages might not return (__startcore, etc), so we need to be
458  * careful about a few things.
459  *
460  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
461  * currently disabled for this gate.  Interrupts need to be disabled so that the
462  * self-ipi doesn't preempt the execution of this kernel message. */
463 void __kernel_message(struct trapframe *tf)
464 {
465         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
466         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
467
468         lapic_send_eoi();
469         while (1) { // will break out when there are no more messages
470                 /* Try to get an immediate message.  Exec and free it. */
471                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->immed_amsgs, &myinfo->immed_amsg_lock);
472                 if (k_msg) {
473                         assert(k_msg->pc);
474                         k_msg->pc(tf, k_msg->srcid, k_msg->arg0, k_msg->arg1, k_msg->arg2);
475                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
476                 } else { // no immediate, might be a routine
477                         if (in_kernel(tf))
478                                 return; // don't execute routine msgs if we were in the kernel
479                         k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
480                                               &myinfo->routine_amsg_lock);
481                         if (!k_msg) // no routines either
482                                 return;
483                         /* copy in, and then free, in case we don't return */
484                         msg_cp = *k_msg;
485                         kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
486                         /* make sure an IPI is pending if we have more work */
487                         /* techincally, we don't need to lock when checking */
488                         if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
489                                !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
490                                 send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
491                         /* Execute the kernel message */
492                         assert(msg_cp.pc);
493                         msg_cp.pc(tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1, msg_cp.arg2);
494                 }
495         }
496 }
497
498 /* Runs any outstanding routine kernel messages from within the kernel.  Will
499  * make sure immediates still run first (or when they arrive, if processing a
500  * bunch of these messages).  This will disable interrupts, and restore them to
501  * whatever state you left them. */
502 void process_routine_kmsg(void)
503 {
504         per_cpu_info_t *myinfo = &per_cpu_info[core_id()];
505         kernel_message_t msg_cp, *k_msg;
506         int8_t irq_state = 0;
507
508         disable_irqsave(&irq_state);
509         while (1) {
510                 /* normally, we want ints disabled, so we don't have an empty self-ipi
511                  * for every routine message. (imagine a long list of routines).  But we
512                  * do want immediates to run ahead of routines.  This enabling should
513                  * work (might not in some shitty VMs).  Also note we can receive an
514                  * extra self-ipi for routine messages before we turn off irqs again.
515                  * Not a big deal, since we will process it right away. 
516                  * TODO: consider calling __kernel_message() here. */
517                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->immed_amsgs)) {
518                         enable_irq();
519                         cpu_relax();
520                         disable_irq();
521                 }
522                 k_msg = get_next_amsg(&myinfo->routine_amsgs,
523                                       &myinfo->routine_amsg_lock);
524                 if (!k_msg) {
525                         enable_irqsave(&irq_state);
526                         return;
527                 }
528                 /* copy in, and then free, in case we don't return */
529                 msg_cp = *k_msg;
530                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)k_msg);
531                 /* make sure an IPI is pending if we have more work */
532                 if (!STAILQ_EMPTY(&myinfo->routine_amsgs) &&
533                        !ipi_is_pending(I_KERNEL_MSG))
534                         send_self_ipi(I_KERNEL_MSG);
535                 /* Execute the kernel message */
536                 assert(msg_cp.pc);
537                 msg_cp.pc(current_tf, msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1,
538                           msg_cp.arg2);
539         }
540 }