Updates from vmm-akaros
[akaros.git] / kern / arch / x86 / trap.c
1 #include <arch/mmu.h>
2 #include <arch/x86.h>
3 #include <arch/arch.h>
4 #include <arch/console.h>
5 #include <arch/apic.h>
6 #include <arch/perfmon.h>
7 #include <ros/common.h>
8 #include <smp.h>
9 #include <assert.h>
10 #include <pmap.h>
11 #include <trap.h>
12 #include <monitor.h>
13 #include <process.h>
14 #include <mm.h>
15 #include <stdio.h>
16 #include <slab.h>
17 #include <syscall.h>
18 #include <kdebug.h>
19 #include <kmalloc.h>
20 #include <ex_table.h>
21 #include <arch/mptables.h>
22
23 taskstate_t ts;
24
25 /* Interrupt descriptor table.  64 bit needs 16 byte alignment (i think). */
26 gatedesc_t __attribute__((aligned (16))) idt[256] = { { 0 } };
27 pseudodesc_t idt_pd;
28
29 /* interrupt handler table, each element is a linked list of handlers for a
30  * given IRQ.  Modification requires holding the lock (TODO: RCU) */
31 struct irq_handler *irq_handlers[NUM_IRQS];
32 spinlock_t irq_handler_wlock = SPINLOCK_INITIALIZER_IRQSAVE;
33
34 static bool try_handle_exception_fixup(struct hw_trapframe *hw_tf)
35 {
36         if (in_kernel(hw_tf)) {
37                 uintptr_t fixup_ip = get_fixup_ip(hw_tf->tf_rip);
38
39                 if (fixup_ip != 0) {
40                         hw_tf->tf_rip = fixup_ip;
41                         return true;
42                 }
43         }
44
45         return false;
46 }
47
48 const char *x86_trapname(int trapno)
49 {
50         static const char *const excnames[] = {
51                 "Divide error",
52                 "Debug",
53                 "Non-Maskable Interrupt",
54                 "Breakpoint",
55                 "Overflow",
56                 "BOUND Range Exceeded",
57                 "Invalid Opcode",
58                 "Device Not Available",
59                 "Double Fault",
60                 "Coprocessor Segment Overrun",
61                 "Invalid TSS",
62                 "Segment Not Present",
63                 "Stack Fault",
64                 "General Protection",
65                 "Page Fault",
66                 "(unknown trap)",
67                 "x87 FPU Floating-Point Error",
68                 "Alignment Check",
69                 "Machine-Check",
70                 "SIMD Floating-Point Exception"
71         };
72
73         if (trapno < sizeof(excnames)/sizeof(excnames[0]))
74                 return excnames[trapno];
75         if (trapno == T_SYSCALL)
76                 return "System call";
77         return "(unknown trap)";
78 }
79
80 /* Set stacktop for the current core to be the stack the kernel will start on
81  * when trapping/interrupting from userspace.  Don't use this til after
82  * smp_percpu_init().  We can probably get the TSS by reading the task register
83  * and then the GDT.  Still, it's a pain. */
84 void set_stack_top(uintptr_t stacktop)
85 {
86         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
87         /* No need to reload the task register, this takes effect immediately */
88         x86_set_stacktop_tss(pcpui->tss, stacktop);
89         /* Also need to make sure sysenters come in correctly */
90         x86_set_sysenter_stacktop(stacktop);
91 }
92
93 /* Note the check implies we only are on a one page stack (or the first page) */
94 uintptr_t get_stack_top(void)
95 {
96         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
97         uintptr_t stacktop;
98         /* so we can check this in interrupt handlers (before smp_boot()) */
99         /* TODO: These are dangerous - it assumes we're on a one-page stack.  If we
100          * change it to KSTKSIZE, then we assume stacks are KSTKSIZE-aligned */
101         if (!pcpui->tss)
102                 return ROUNDUP(read_sp(), PGSIZE);
103         stacktop = x86_get_stacktop_tss(pcpui->tss);
104         if (stacktop != ROUNDUP(read_sp(), PGSIZE))
105                 panic("Bad stacktop: %p esp one is %p\n", stacktop,
106                       ROUNDUP(read_sp(), PGSIZE));
107         return stacktop;
108 }
109
110 /* Sends a non-maskable interrupt; the handler will print a trapframe. */
111 void send_nmi(uint32_t os_coreid)
112 {
113         /* NMI / IPI for x86 are limited to 8 bits */
114         uint8_t hw_core = (uint8_t)get_hw_coreid(os_coreid);
115         __send_nmi(hw_core);
116 }
117
118 void idt_init(void)
119 {
120         /* This table is made in trapentry$BITS.S by each macro in that file.
121          * It is layed out such that the ith entry is the ith's traphandler's
122          * (uintptr_t) trap addr, then (uint32_t) trap number. */
123         struct trapinfo { uintptr_t trapaddr; uint32_t trapnumber; }
124                __attribute__((packed));
125         extern struct trapinfo trap_tbl[];
126         extern struct trapinfo trap_tbl_end[];
127         int i, trap_tbl_size = trap_tbl_end - trap_tbl;
128         extern void ISR_default(void);
129         extern void ISR_syscall(void);
130
131         /* set all to default, to catch everything */
132         for (i = 0; i < 256; i++)
133                 SETGATE(idt[i], 0, GD_KT, &ISR_default, 0);
134
135         /* set all entries that have real trap handlers
136          * we need to stop short of the last one, since the last is the default
137          * handler with a fake interrupt number (500) that is out of bounds of
138          * the idt[] */
139         for (i = 0; i < trap_tbl_size - 1; i++)
140                 SETGATE(idt[trap_tbl[i].trapnumber], 0, GD_KT, trap_tbl[i].trapaddr, 0);
141         /* Sanity check */
142         assert((uintptr_t)ISR_syscall ==
143                ((uintptr_t)idt[T_SYSCALL].gd_off_63_32 << 32 |
144                 (uintptr_t)idt[T_SYSCALL].gd_off_31_16 << 16 |
145                 (uintptr_t)idt[T_SYSCALL].gd_off_15_0));
146         /* turn on trap-based syscall handling and other user-accessible ints
147          * DPL 3 means this can be triggered by the int instruction */
148         idt[T_SYSCALL].gd_dpl = 3;
149         idt[T_BRKPT].gd_dpl = 3;
150
151         /* Set up our kernel stack when changing rings */
152         /* Note: we want 16 byte aligned kernel stack frames (AMD 2:8.9.3) */
153         x86_set_stacktop_tss(&ts, (uintptr_t)bootstacktop);
154         x86_sysenter_init((uintptr_t)bootstacktop);
155
156 #ifdef CONFIG_KTHREAD_POISON
157         *kstack_bottom_addr((uintptr_t)bootstacktop) = 0xdeadbeef;
158 #endif /* CONFIG_KTHREAD_POISON */
159
160         /* Initialize the TSS field of the gdt.  The size of the TSS desc differs
161          * between 64 and 32 bit, hence the pointer acrobatics */
162         syssegdesc_t *ts_slot = (syssegdesc_t*)&gdt[GD_TSS >> 3];
163         *ts_slot = (syssegdesc_t)SEG_SYS_SMALL(STS_T32A, (uintptr_t)&ts,
164                                                sizeof(taskstate_t), 0);
165
166         /* Init the IDT PD.  Need to do this before ltr for some reason.  (Doing
167          * this between ltr and lidt causes the machine to reboot... */
168         idt_pd.pd_lim = sizeof(idt) - 1;
169         idt_pd.pd_base = (uintptr_t)idt;
170
171         ltr(GD_TSS);
172
173         asm volatile("lidt %0" : : "m"(idt_pd));
174
175         pic_remap();
176         pic_mask_all();
177
178         int ncleft = MAX_NUM_CORES;
179         int num_cores_mpacpi;
180
181         ncleft = mpsinit(ncleft);
182         ncleft = mpacpi(ncleft);
183         num_cores_mpacpi = MAX_NUM_CORES - ncleft;
184         printk("MP and ACPI found %d cores\n", num_cores_mpacpi);
185         if (num_cores != num_cores_mpacpi)
186                 warn("Topology (%d) and MP/ACPI (%d) differ on num_cores!", num_cores,
187                      num_cores_mpacpi);
188
189         apiconline();
190         ioapiconline();
191
192         /* the lapic IRQs need to be unmasked on a per-core basis */
193         register_irq(IdtLAPIC_TIMER, timer_interrupt, NULL,
194                      MKBUS(BusLAPIC, 0, 0, 0));
195         register_irq(IdtLAPIC_ERROR, handle_lapic_error, NULL,
196                      MKBUS(BusLAPIC, 0, 0, 0));
197         register_irq(IdtLAPIC_PCINT, perfmon_interrupt, NULL,
198                      MKBUS(BusLAPIC, 0, 0, 0));
199         register_irq(I_KERNEL_MSG, handle_kmsg_ipi, NULL, MKBUS(BusIPI, 0, 0, 0));
200 }
201
202 static void handle_fperr(struct hw_trapframe *hw_tf)
203 {
204         uint16_t fpcw, fpsw;
205         uint32_t mxcsr;
206         asm volatile ("fnstcw %0" : "=m"(fpcw));
207         asm volatile ("fnstsw %0" : "=m"(fpsw));
208         asm volatile ("stmxcsr %0" : "=m"(mxcsr));
209         print_trapframe(hw_tf);
210         printk("Core %d: FP ERR, CW: 0x%04x, SW: 0x%04x, MXCSR 0x%08x\n", core_id(),
211                fpcw, fpsw, mxcsr);
212         printk("Core %d: The following faults are unmasked:\n", core_id());
213         if (fpsw & ~fpcw & FP_EXCP_IE) {
214                 printk("\tInvalid Operation: ");
215                 if (fpsw & FP_SW_SF) {
216                         if (fpsw & FP_SW_C1)
217                                 printk("Stack overflow\n");
218                         else
219                                 printk("Stack underflow\n");
220                 } else {
221                         printk("invalid arithmetic operand\n");
222                 }
223         }
224         if (fpsw & ~fpcw & FP_EXCP_DE)
225                 printk("\tDenormalized operand\n");
226         if (fpsw & ~fpcw & FP_EXCP_ZE)
227                 printk("\tDivide by zero\n");
228         if (fpsw & ~fpcw & FP_EXCP_OE)
229                 printk("\tNumeric Overflow\n");
230         if (fpsw & ~fpcw & FP_EXCP_UE)
231                 printk("\tNumeric Underflow\n");
232         if (fpsw & ~fpcw & FP_EXCP_PE)
233                 printk("\tInexact result (precision)\n");
234         printk("Killing the process.\n");
235         proc_destroy(current);
236 }
237
238 static bool __handler_user_page_fault(struct hw_trapframe *hw_tf,
239                                       uintptr_t fault_va, int prot)
240 {
241         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
242         int err;
243
244         assert(pcpui->owning_proc == pcpui->cur_proc);
245         enable_irq();
246         err = handle_page_fault(pcpui->owning_proc, fault_va, prot);
247         disable_irq();
248         if (err) {
249                 if (err == -EAGAIN)
250                         hw_tf->tf_err |= PF_VMR_BACKED;
251                 return FALSE;
252         }
253         return TRUE;
254 }
255
256 static bool __handler_kernel_page_fault(struct hw_trapframe *hw_tf,
257                                         uintptr_t fault_va, int prot)
258 {
259         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
260         int err;
261
262         /* In general, if there's no cur_proc, a KPF is a bug. */
263         if (!pcpui->cur_proc) {
264                 /* This only runs from test_uaccess(), where it is expected to fail. */
265                 if (try_handle_exception_fixup(hw_tf))
266                         return TRUE;
267                 print_trapframe(hw_tf);
268                 backtrace_hwtf(hw_tf);
269                 panic("Proc-less Page Fault in the Kernel at %p!", fault_va);
270         }
271         /* TODO - handle kernel page faults.  This is dangerous, since we might be
272          * holding locks in the kernel and could deadlock when we HPF.  For now, I'm
273          * just disabling the lock checker, since it'll flip out when it sees there
274          * is a kernel trap.  Will need to think about this a bit, esp when we
275          * properly handle bad addrs and whatnot. */
276         pcpui->__lock_checking_enabled--;
277         /* It is a bug for the kernel to access user memory while holding locks that
278          * are used by handle_page_fault.  At a minimum, this includes p->vmr_lock
279          * and memory allocation locks.
280          *
281          * In an effort to reduce the number of locks (both now and in the future),
282          * the kernel will not attempt to handle faults on file-back VMRs.  We
283          * probably can turn that on in the future, but I'd rather keep things safe
284          * for now.
285          *
286          * Note that we do not enable IRQs here, unlike in the user case.  Again,
287          * this is to limit the locks we could be grabbing. */
288         err = handle_page_fault_nofile(pcpui->cur_proc, fault_va, prot);
289         pcpui->__lock_checking_enabled++;
290         if (err) {
291                 if (try_handle_exception_fixup(hw_tf))
292                         return TRUE;
293                 print_trapframe(hw_tf);
294                 backtrace_hwtf(hw_tf);
295                 /* Turn this on to help debug bad function pointers */
296                 printd("rsp %p\n\t 0(rsp): %p\n\t 8(rsp): %p\n\t 16(rsp): %p\n"
297                        "\t24(rsp): %p\n", hw_tf->tf_rsp,
298                        *(uintptr_t*)(hw_tf->tf_rsp +  0),
299                        *(uintptr_t*)(hw_tf->tf_rsp +  8),
300                        *(uintptr_t*)(hw_tf->tf_rsp + 16),
301                        *(uintptr_t*)(hw_tf->tf_rsp + 24));
302                 panic("Proc-ful Page Fault in the Kernel at %p!", fault_va);
303                 /* if we want to do something like kill a process or other code, be
304                  * aware we are in a sort of irq-like context, meaning the main
305                  * kernel code we 'interrupted' could be holding locks - even
306                  * irqsave locks. */
307         }
308         return TRUE;
309 }
310
311 static bool __handle_page_fault(struct hw_trapframe *hw_tf, unsigned long *aux)
312 {
313         uintptr_t fault_va = rcr2();
314         int prot = hw_tf->tf_err & PF_ERROR_WRITE ? PROT_WRITE : PROT_READ;
315
316         *aux = fault_va;
317         if (in_kernel(hw_tf))
318                 return __handler_kernel_page_fault(hw_tf, fault_va, prot);
319         else
320                 return __handler_user_page_fault(hw_tf, fault_va, prot);
321 }
322
323 /* Certain traps want IRQs enabled, such as the syscall.  Others can't handle
324  * it, like the page fault handler.  Turn them on on a case-by-case basis. */
325 static void trap_dispatch(struct hw_trapframe *hw_tf)
326 {
327         struct per_cpu_info *pcpui;
328         bool handled = TRUE;
329         unsigned long aux = 0;
330         uintptr_t fixup_ip;
331
332         // Handle processor exceptions.
333         switch(hw_tf->tf_trapno) {
334                 case T_NMI:
335                         /* Temporarily disable deadlock detection when we print.  We could
336                          * deadlock if we were printing when we NMIed. */
337                         pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
338                         pcpui->__lock_checking_enabled--;
339                         /* This is a bit hacky, but we don't have a decent API yet */
340                         extern bool mon_verbose_trace;
341                         if (mon_verbose_trace) {
342                                 print_trapframe(hw_tf);
343                                 backtrace_hwtf(hw_tf);
344                         }
345                         char *fn_name = get_fn_name(get_hwtf_pc(hw_tf));
346
347                         printk("Core %d is at %p (%s)\n", core_id(), get_hwtf_pc(hw_tf),
348                                fn_name);
349                         kfree(fn_name);
350                         print_kmsgs(core_id());
351                         pcpui->__lock_checking_enabled++;
352                         break;
353                 case T_BRKPT:
354                         enable_irq();
355                         monitor(hw_tf);
356                         disable_irq();
357                         break;
358                 case T_ILLOP:
359                 {
360                         /* TODO: this can PF if there is a concurrent unmap/PM removal. */
361                         uintptr_t ip = get_hwtf_pc(hw_tf);
362                         pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
363                         pcpui->__lock_checking_enabled--;               /* for print debugging */
364                         /* We will muck with the actual TF.  If we're dealing with
365                          * userspace, we need to make sure we edit the actual TF that will
366                          * get restarted (pcpui), and not the TF on the kstack (which aren't
367                          * the same).  See set_current_ctx() for more info. */
368                         if (!in_kernel(hw_tf))
369                                 hw_tf = &pcpui->cur_ctx->tf.hw_tf;
370                         printd("bad opcode, eip: %p, next 3 bytes: %x %x %x\n", ip,
371                                *(uint8_t*)(ip + 0),
372                                *(uint8_t*)(ip + 1),
373                                *(uint8_t*)(ip + 2));
374                         /* rdtscp: 0f 01 f9 */
375                         if (*(uint8_t*)(ip + 0) == 0x0f,
376                             *(uint8_t*)(ip + 1) == 0x01,
377                             *(uint8_t*)(ip + 2) == 0xf9) {
378                                 x86_fake_rdtscp(hw_tf);
379                                 pcpui->__lock_checking_enabled++;       /* for print debugging */
380                                 return;
381                         }
382                         enable_irq();
383                         monitor(hw_tf);
384                         disable_irq();
385                         pcpui->__lock_checking_enabled++;               /* for print debugging */
386                         break;
387                 }
388                 case T_PGFLT:
389                         handled = __handle_page_fault(hw_tf, &aux);
390                         break;
391                 case T_FPERR:
392                         handled = try_handle_exception_fixup(hw_tf);
393                         if (!handled)
394                                 handle_fperr(hw_tf);
395                         break;
396                 case T_SYSCALL:
397                         enable_irq();
398                         // check for userspace, for now
399                         assert(hw_tf->tf_cs != GD_KT);
400                         /* Set up and run the async calls */
401                         /* TODO: this is using the wrong reg1 for traps for 32 bit */
402                         prep_syscalls(current,
403                                       (struct syscall*)x86_get_systrap_arg0(hw_tf),
404                                                   (unsigned int)x86_get_systrap_arg1(hw_tf));
405                         disable_irq();
406                         break;
407                 default:
408                         if (hw_tf->tf_cs == GD_KT) {
409                                 handled = try_handle_exception_fixup(hw_tf);
410                                 if (!handled) {
411                                         print_trapframe(hw_tf);
412                                         panic("Damn Damn!  Unhandled trap in the kernel!");
413                                 }
414                         } else {
415                                 handled = FALSE;
416                         }
417         }
418
419         if (!handled)
420                 reflect_unhandled_trap(hw_tf->tf_trapno, hw_tf->tf_err, aux);
421 }
422
423 /* Helper.  For now, this copies out the TF to pcpui.  Eventually, we should
424  * consider doing this in trapentry.S
425  *
426  * TODO: consider having this return the tf used, so we can set tf in trap and
427  * irq handlers to edit the TF that will get restarted.  Right now, the kernel
428  * uses and restarts tf, but userspace restarts the old pcpui tf.  It is
429  * tempting to do this, but note that tf stays on the stack of the kthread,
430  * while pcpui->cur_ctx is for the core we trapped in on.  Meaning if we ever
431  * block, suddenly cur_ctx is pointing to some old clobbered state that was
432  * already returned to and can't be trusted.  Meanwhile tf can always be trusted
433  * (like with an in_kernel() check).  The only types of traps from the user that
434  * can be expected to have editable trapframes are ones that don't block. */
435 static void set_current_ctx_hw(struct per_cpu_info *pcpui,
436                                struct hw_trapframe *hw_tf)
437 {
438         assert(!irq_is_enabled());
439         pcpui->actual_ctx.type = ROS_HW_CTX;
440         pcpui->actual_ctx.tf.hw_tf = *hw_tf;
441         pcpui->cur_ctx = &pcpui->actual_ctx;
442 }
443
444 static void set_current_ctx_sw(struct per_cpu_info *pcpui,
445                                struct sw_trapframe *sw_tf)
446 {
447         assert(!irq_is_enabled());
448         pcpui->actual_ctx.type = ROS_SW_CTX;
449         pcpui->actual_ctx.tf.sw_tf = *sw_tf;
450         pcpui->cur_ctx = &pcpui->actual_ctx;
451 }
452
453 static void set_current_ctx_vm(struct per_cpu_info *pcpui,
454                                struct vm_trapframe *vm_tf)
455 {
456         assert(!irq_is_enabled());
457         pcpui->actual_ctx.type = ROS_VM_CTX;
458         pcpui->actual_ctx.tf.vm_tf = *vm_tf;
459         pcpui->cur_ctx = &pcpui->actual_ctx;
460 }
461
462 void trap(struct hw_trapframe *hw_tf)
463 {
464         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
465         /* Copy out the TF for now */
466         if (!in_kernel(hw_tf)) {
467                 set_current_ctx_hw(pcpui, hw_tf);
468                 /* ignoring state for nested kernel traps.  should be rare. */
469                 __set_cpu_state(pcpui, CPU_STATE_KERNEL);
470         } else {
471                 inc_ktrap_depth(pcpui);
472         }
473         printd("Incoming TRAP %d on core %d, TF at %p\n", hw_tf->tf_trapno,
474                core_id(), hw_tf);
475         if ((hw_tf->tf_cs & ~3) != GD_UT && (hw_tf->tf_cs & ~3) != GD_KT) {
476                 print_trapframe(hw_tf);
477                 panic("Trapframe with invalid CS!");
478         }
479         trap_dispatch(hw_tf);
480         /* Return to the current process, which should be runnable.  If we're the
481          * kernel, we should just return naturally.  Note that current and tf need
482          * to still be okay (might not be after blocking) */
483         if (in_kernel(hw_tf)) {
484                 dec_ktrap_depth(pcpui);
485                 return;
486         }
487         proc_restartcore();
488         assert(0);
489 }
490
491 static bool vector_is_irq(int apic_vec)
492 {
493         /* arguably, we could limit them to MaxIdtIOAPIC */
494         return (IdtPIC <= apic_vec) && (apic_vec <= IdtMAX);
495 }
496
497 static void irq_dispatch(struct hw_trapframe *hw_tf)
498 {
499         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
500         struct irq_handler *irq_h;
501
502         if (!in_irq_ctx(pcpui))
503                 __set_cpu_state(pcpui, CPU_STATE_IRQ);
504         inc_irq_depth(pcpui);
505         //if (core_id())
506         if (hw_tf->tf_trapno != IdtLAPIC_TIMER) /* timer irq */
507         if (hw_tf->tf_trapno != I_KERNEL_MSG)
508         if (hw_tf->tf_trapno != 65)     /* qemu serial tends to get this one */
509                 printd("Incoming IRQ, ISR: %d on core %d\n", hw_tf->tf_trapno,
510                        core_id());
511         /* TODO: RCU read lock */
512         irq_h = irq_handlers[hw_tf->tf_trapno];
513         if (!irq_h) {
514                 warn_once("Received IRQ %d, had no handler registered!",
515                           hw_tf->tf_trapno);
516                 /* If we don't have an IRQ handler, we don't know how to EOI.  Odds are,
517                  * it's a LAPIC IRQ, such as I_TESTING */
518                 if (!lapic_check_spurious(hw_tf->tf_trapno))
519                         lapic_send_eoi(hw_tf->tf_trapno);
520                 goto out_no_eoi;
521         }
522         if (irq_h->check_spurious(hw_tf->tf_trapno))
523                 goto out_no_eoi;
524         /* Can now be interrupted/nested by higher priority IRQs, but not by our
525          * current IRQ vector, til we EOI. */
526         enable_irq();
527         while (irq_h) {
528                 irq_h->isr(hw_tf, irq_h->data);
529                 irq_h = irq_h->next;
530         }
531         // if we're a general purpose IPI function call, down the cpu_list
532         extern handler_wrapper_t handler_wrappers[NUM_HANDLER_WRAPPERS];
533         if ((I_SMP_CALL0 <= hw_tf->tf_trapno) &&
534             (hw_tf->tf_trapno <= I_SMP_CALL_LAST))
535                 down_checklist(handler_wrappers[hw_tf->tf_trapno & 0x0f].cpu_list);
536         disable_irq();
537         /* Keep in sync with ipi_is_pending */
538         irq_handlers[hw_tf->tf_trapno]->eoi(hw_tf->tf_trapno);
539         /* Fall-through */
540 out_no_eoi:
541         dec_irq_depth(pcpui);
542         if (!in_irq_ctx(pcpui))
543                 __set_cpu_state(pcpui, CPU_STATE_KERNEL);
544 }
545
546 /* Note IRQs are disabled unless explicitly turned on.
547  *
548  * In general, we should only get trapno's >= PIC1_OFFSET (32).  Anything else
549  * should be a trap.  Even if we don't use the PIC, that should be the standard.
550  * It is possible to get a spurious LAPIC IRQ with vector 15 (or similar), but
551  * the spurious check should catch that.
552  *
553  * Note that from hardware's perspective (PIC, etc), IRQs start from 0, but they
554  * are all mapped up at PIC1_OFFSET for the cpu / irq_handler. */
555 void handle_irq(struct hw_trapframe *hw_tf)
556 {
557         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
558
559         /* Copy out the TF for now */
560         if (!in_kernel(hw_tf))
561                 set_current_ctx_hw(pcpui, hw_tf);
562         irq_dispatch(hw_tf);
563         /* Return to the current process, which should be runnable.  If we're the
564          * kernel, we should just return naturally.  Note that current and tf need
565          * to still be okay (might not be after blocking) */
566         if (in_kernel(hw_tf))
567                 return;
568         proc_restartcore();
569         assert(0);
570 }
571
572 /* The irq field may be ignored based on the type of Bus. */
573 int register_irq(int irq, isr_t handler, void *irq_arg, uint32_t tbdf)
574 {
575         struct irq_handler *irq_h;
576         int vector;
577         irq_h = kzmalloc(sizeof(struct irq_handler), 0);
578         assert(irq_h);
579         irq_h->dev_irq = irq;
580         irq_h->tbdf = tbdf;
581         vector = bus_irq_setup(irq_h);
582         if (vector == -1) {
583                 kfree(irq_h);
584                 return -1;
585         }
586         printk("IRQ %d, vector %d (0x%x), type %s\n", irq, vector, vector,
587                irq_h->type);
588         assert(irq_h->check_spurious && irq_h->eoi);
589         irq_h->isr = handler;
590         irq_h->data = irq_arg;
591         irq_h->apic_vector = vector;
592         /* RCU write lock */
593         spin_lock_irqsave(&irq_handler_wlock);
594         irq_h->next = irq_handlers[vector];
595         wmb();  /* make sure irq_h is done before publishing to readers */
596         irq_handlers[vector] = irq_h;
597         spin_unlock_irqsave(&irq_handler_wlock);
598         /* Most IRQs other than the BusIPI should need their irq unmasked.
599          * Might need to pass the irq_h, in case unmask needs more info.
600          * The lapic IRQs need to be unmasked on a per-core basis */
601         if (irq_h->unmask && strcmp(irq_h->type, "lapic"))
602                 irq_h->unmask(irq_h, vector);
603         return 0;
604 }
605
606 /* These routing functions only allow the routing of an irq to a single core.
607  * If we want to route to multiple cores, we'll probably need to set up logical
608  * groups or something and take some additional parameters. */
609 static int route_irq_h(struct irq_handler *irq_h, int os_coreid)
610 {
611         int hw_coreid;
612         if (!irq_h->route_irq) {
613                 printk("[kernel] apic_vec %d, type %s cannot be routed\n",
614                        irq_h->apic_vector, irq_h->type);
615                 return -1;
616         }
617         if (os_coreid >= MAX_NUM_CORES) {
618                 printk("[kernel] os_coreid %d out of range!\n", os_coreid);
619                 return -1;
620         }
621         hw_coreid = get_hw_coreid(os_coreid);
622         if (hw_coreid == -1) {
623                 printk("[kernel] os_coreid %d not a valid hw core!\n", os_coreid);
624                 return -1;
625         }
626         irq_h->route_irq(irq_h, irq_h->apic_vector, hw_coreid);
627         return 0;
628 }
629
630 /* Routes all irqs for a given apic_vector to os_coreid.  Returns 0 if all of
631  * them succeeded.  -1 if there were none or if any of them failed.  We don't
632  * share IRQs often (if ever anymore), so this shouldn't be an issue. */
633 int route_irqs(int apic_vec, int os_coreid)
634 {
635         struct irq_handler *irq_h;
636         int ret = -1;
637         if (!vector_is_irq(apic_vec)) {
638                 printk("[kernel] vector %d is not an IRQ vector!\n", apic_vec);
639                 return -1;
640         }
641         irq_h = irq_handlers[apic_vec];
642         while (irq_h) {
643                 assert(irq_h->apic_vector == apic_vec);
644                 ret = route_irq_h(irq_h, os_coreid);
645                 irq_h = irq_h->next;
646         }
647         return ret;
648 }
649
650 /* It's a moderate pain in the ass to put these in bit-specific files (header
651  * hell with the set_current_ helpers) */
652 void sysenter_callwrapper(struct syscall *sysc, unsigned long count,
653                           struct sw_trapframe *sw_tf)
654 {
655         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
656         set_current_ctx_sw(pcpui, sw_tf);
657         __set_cpu_state(pcpui, CPU_STATE_KERNEL);
658         /* Once we've set_current_ctx, we can enable interrupts.  This used to be
659          * mandatory (we had immediate KMSGs that would muck with cur_ctx).  Now it
660          * should only help for sanity/debugging. */
661         enable_irq();
662         /* Set up and run the async calls.  This may block, and we could migrate to
663          * another core.  If you use pcpui again, you need to reread it. */
664         prep_syscalls(current, sysc, count);
665         disable_irq();
666         proc_restartcore();
667 }
668
669 /* Declared in x86/arch.h */
670 void send_ipi(uint32_t os_coreid, uint8_t vector)
671 {
672         int hw_coreid = get_hw_coreid(os_coreid);
673         if (hw_coreid == -1) {
674                 panic("Unmapped OS coreid (OS %d)!\n", os_coreid);
675                 return;
676         }
677         __send_ipi(hw_coreid, vector);
678 }
679
680 /****************** VM exit handling ******************/
681
682 static bool handle_vmexit_cpuid(struct vm_trapframe *tf)
683 {
684         uint32_t eax, ebx, ecx, edx;
685
686         cpuid(tf->tf_rax, tf->tf_rcx, &eax, &ebx, &ecx, &edx);
687         tf->tf_rax = eax;
688         tf->tf_rbx = ebx;
689         tf->tf_rcx = ecx;
690         tf->tf_rdx = edx;
691         tf->tf_rip += 2;
692         return TRUE;
693 }
694
695 static bool handle_vmexit_ept_fault(struct vm_trapframe *tf)
696 {
697         int prot = 0;
698         int ret;
699
700         prot |= tf->tf_exit_qual & VMX_EPT_FAULT_READ ? PROT_READ : 0;
701         prot |= tf->tf_exit_qual & VMX_EPT_FAULT_WRITE ? PROT_WRITE : 0;
702         prot |= tf->tf_exit_qual & VMX_EPT_FAULT_INS ? PROT_EXEC : 0;
703         ret = handle_page_fault(current, tf->tf_guest_pa, prot);
704         if (ret) {
705                 /* TODO: maybe put ret in the TF somewhere */
706                 return FALSE;
707         }
708         return TRUE;
709 }
710
711 static bool handle_vmexit_nmi(struct vm_trapframe *tf)
712 {
713         /* Sanity checks, make sure we really got an NMI.  Feel free to remove. */
714         assert((tf->tf_intrinfo2 & INTR_INFO_INTR_TYPE_MASK) == INTR_TYPE_NMI_INTR);
715         assert((tf->tf_intrinfo2 & INTR_INFO_VECTOR_MASK) == T_NMI);
716         /* our NMI handler from trap.c won't run.  but we don't need the lock
717          * disabling stuff. */
718         extern bool mon_verbose_trace;
719
720         if (mon_verbose_trace) {
721                 print_vmtrapframe(tf);
722                 /* TODO: a backtrace of the guest would be nice here. */
723         }
724         printk("Core %d is at %p\n", core_id(), get_vmtf_pc(tf));
725         return TRUE;
726 }
727
728 bool handle_vmexit_msr(struct vm_trapframe *tf)
729 {
730         bool ret;
731
732         ret = vmm_emulate_msr(&tf->tf_rcx, &tf->tf_rdx, &tf->tf_rax,
733                               (tf->tf_exit_reason == EXIT_REASON_MSR_READ
734                                                    ? VMM_MSR_EMU_READ : VMM_MSR_EMU_WRITE));
735         if (ret)
736                 tf->tf_rip += 2;
737         return ret;
738 }
739
740 bool handle_vmexit_extirq(struct vm_trapframe *tf)
741 {
742         struct hw_trapframe hw_tf;
743
744         /* For now, we just handle external IRQs.  I think guest traps should go to
745          * the guest, based on our vmctls */
746         assert((tf->tf_intrinfo2 & INTR_INFO_INTR_TYPE_MASK) == INTR_TYPE_EXT_INTR);
747         /* TODO: Our IRQ handlers all expect TFs.  Let's fake one.  A bunch of
748          * handlers (e.g. backtrace/perf) will probably be unhappy about a user TF
749          * that is really a VM, so this all needs work. */
750         hw_tf.tf_gsbase = 0;
751         hw_tf.tf_fsbase = 0;
752         hw_tf.tf_rax = tf->tf_rax;
753         hw_tf.tf_rbx = tf->tf_rbx;
754         hw_tf.tf_rcx = tf->tf_rcx;
755         hw_tf.tf_rdx = tf->tf_rdx;
756         hw_tf.tf_rbp = tf->tf_rbp;
757         hw_tf.tf_rsi = tf->tf_rsi;
758         hw_tf.tf_rdi = tf->tf_rdi;
759         hw_tf.tf_r8 = tf->tf_r8;
760         hw_tf.tf_r9 = tf->tf_r9;
761         hw_tf.tf_r10 = tf->tf_r10;
762         hw_tf.tf_r11 = tf->tf_r11;
763         hw_tf.tf_r12 = tf->tf_r12;
764         hw_tf.tf_r13 = tf->tf_r13;
765         hw_tf.tf_r14 = tf->tf_r14;
766         hw_tf.tf_r15 = tf->tf_r15;
767         hw_tf.tf_trapno = tf->tf_intrinfo2 & INTR_INFO_VECTOR_MASK;
768         hw_tf.tf_err = 0;
769         hw_tf.tf_rip = tf->tf_rip;
770         hw_tf.tf_cs = GD_UT;    /* faking a user TF, even though it's a VM */
771         hw_tf.tf_rflags = tf->tf_rflags;
772         hw_tf.tf_rsp = tf->tf_rsp;
773         hw_tf.tf_ss = GD_UD;
774
775         irq_dispatch(&hw_tf);
776         /* Consider returning whether or not there was a handler registered */
777         return TRUE;
778 }
779
780 static void vmexit_dispatch(struct vm_trapframe *tf)
781 {
782         bool handled = FALSE;
783
784         /* Do not block in any of these functions.
785          *
786          * If we block, we'll probably need to finalize the context.  If we do, then
787          * there's a chance the guest pcore can start somewhere else, and then we
788          * can't get the GPC loaded again.  Plus, they could be running a GPC with
789          * an unresolved vmexit.  It's just mess.
790          *
791          * If we want to enable IRQs, we can do so on a case-by-case basis.  Don't
792          * do it for external IRQs - the irq_dispatch code will handle it. */
793         switch (tf->tf_exit_reason) {
794         case EXIT_REASON_VMCALL:
795                 if (current->vmm.flags & VMM_VMCALL_PRINTF) {
796                         printk("%c", tf->tf_rdi);
797                         tf->tf_rip += 3;
798                         handled = TRUE;
799                 }
800                 break;
801         case EXIT_REASON_CPUID:
802                 handled = handle_vmexit_cpuid(tf);
803                 break;
804         case EXIT_REASON_EPT_VIOLATION:
805                 handled = handle_vmexit_ept_fault(tf);
806                 break;
807         case EXIT_REASON_EXCEPTION_NMI:
808                 handled = handle_vmexit_nmi(tf);
809                 break;
810         case EXIT_REASON_MSR_READ:
811         case EXIT_REASON_MSR_WRITE:
812                 handled = handle_vmexit_msr(tf);
813                 break;
814         case EXIT_REASON_EXTERNAL_INTERRUPT:
815                 handled = handle_vmexit_extirq(tf);
816                 break;
817         default:
818                 printd("Unhandled vmexit: reason 0x%x, exit qualification 0x%x\n",
819                        tf->tf_exit_reason, tf->tf_exit_qual);
820         }
821         if (!handled) {
822                 tf->tf_flags |= VMCTX_FL_HAS_FAULT;
823                 if (reflect_current_context()) {
824                         /* VM contexts shouldn't be in vcore context, so this should be
825                          * pretty rare (unlike SCPs or VC ctx page faults). */
826                         printk("[kernel] Unable to reflect VM Exit\n");
827                         print_vmtrapframe(tf);
828                         proc_destroy(current);
829                 }
830         }
831 }
832
833 void handle_vmexit(struct vm_trapframe *tf)
834 {
835         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
836
837         tf->tf_rip = vmcs_read(GUEST_RIP);
838         tf->tf_rflags = vmcs_read(GUEST_RFLAGS);
839         tf->tf_rsp = vmcs_read(GUEST_RSP);
840         tf->tf_cr2 = rcr2();
841         tf->tf_cr3 = vmcs_read(GUEST_CR3);
842         tf->tf_guest_pcoreid = pcpui->guest_pcoreid;
843         tf->tf_flags |= VMCTX_FL_PARTIAL;
844         tf->tf_exit_reason = vmcs_read(VM_EXIT_REASON);
845         tf->tf_exit_qual = vmcs_read(EXIT_QUALIFICATION);
846         tf->tf_intrinfo1 = vmcs_read(GUEST_INTERRUPTIBILITY_INFO);
847         tf->tf_intrinfo2 = vmcs_read(VM_EXIT_INTR_INFO);
848         tf->tf_guest_va = vmcs_read(GUEST_LINEAR_ADDRESS);
849         tf->tf_guest_pa = vmcs_read(GUEST_PHYSICAL_ADDRESS);
850
851         set_current_ctx_vm(pcpui, tf);
852         tf = &pcpui->cur_ctx->tf.vm_tf;
853         vmexit_dispatch(tf);
854         /* We're either restarting a partial VM ctx (vmcs was launched, loaded on
855          * the core, etc) or a SW vc ctx for the reflected trap.  Or the proc is
856          * dying and we'll handle a __death KMSG shortly. */
857         proc_restartcore();
858 }
859
860 void x86_finalize_vmtf(struct vm_trapframe *tf)
861 {
862         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
863
864         x86_vmtf_clear_partial(tf);
865         unload_guest_pcore(pcpui->cur_proc, pcpui->guest_pcoreid);
866 }