Fixes when we add a new proc to the pidhash
[akaros.git] / kern / src / process.c
1 /* Copyright (c) 2009, 2010 The Regents of the University of California
2  * Barret Rhoden <brho@cs.berkeley.edu>
3  * See LICENSE for details. */
4
5 #ifdef __SHARC__
6 #pragma nosharc
7 #endif
8
9 #include <ros/bcq.h>
10 #include <arch/arch.h>
11 #include <arch/bitmask.h>
12 #include <process.h>
13 #include <atomic.h>
14 #include <smp.h>
15 #include <pmap.h>
16 #include <trap.h>
17 #include <schedule.h>
18 #include <manager.h>
19 #include <stdio.h>
20 #include <assert.h>
21 #include <timing.h>
22 #include <hashtable.h>
23 #include <slab.h>
24 #include <sys/queue.h>
25 #include <frontend.h>
26 #include <monitor.h>
27 #include <resource.h>
28 #include <elf.h>
29 #include <arsc_server.h>
30
31 /* Process Lists */
32 struct proc_list proc_runnablelist = TAILQ_HEAD_INITIALIZER(proc_runnablelist);
33 spinlock_t runnablelist_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
34 struct kmem_cache *proc_cache;
35
36 /* Tracks which cores are idle, similar to the vcoremap.  Each value is the
37  * physical coreid of an unallocated core. */
38 spinlock_t idle_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
39 uint32_t LCKD(&idle_lock) (RO idlecoremap)[MAX_NUM_CPUS];
40 uint32_t LCKD(&idle_lock) num_idlecores = 0;
41 uint32_t num_mgmtcores = 1;
42
43 /* Helper function to return a core to the idlemap.  It causes some more lock
44  * acquisitions (like in a for loop), but it's a little easier.  Plus, one day
45  * we might be able to do this without locks (for the putting). */
46 void put_idle_core(uint32_t coreid)
47 {
48         spin_lock(&idle_lock);
49         idlecoremap[num_idlecores++] = coreid;
50         spin_unlock(&idle_lock);
51 }
52
53 /* Other helpers, implemented later. */
54 static void __proc_startcore(struct proc *p, trapframe_t *tf);
55 static uint32_t get_free_vcoreid(struct proc *SAFE p, uint32_t prev);
56 static uint32_t get_busy_vcoreid(struct proc *SAFE p, uint32_t prev);
57 static bool is_mapped_vcore(struct proc *p, uint32_t pcoreid);
58 static uint32_t get_vcoreid(struct proc *p, uint32_t pcoreid);
59 static uint32_t get_pcoreid(struct proc *p, uint32_t vcoreid);
60 static void __proc_free(struct kref *kref);
61
62 /* PID management. */
63 #define PID_MAX 32767 // goes from 0 to 32767, with 0 reserved
64 static DECL_BITMASK(pid_bmask, PID_MAX + 1);
65 spinlock_t pid_bmask_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
66 struct hashtable *pid_hash;
67 spinlock_t pid_hash_lock; // initialized in proc_init
68
69 /* Finds the next free entry (zero) entry in the pid_bitmask.  Set means busy.
70  * PID 0 is reserved (in proc_init).  A return value of 0 is a failure (and
71  * you'll also see a warning, for now).  Consider doing this with atomics. */
72 static pid_t get_free_pid(void)
73 {
74         static pid_t next_free_pid = 1;
75         pid_t my_pid = 0;
76
77         spin_lock(&pid_bmask_lock);
78         // atomically (can lock for now, then change to atomic_and_return
79         FOR_CIRC_BUFFER(next_free_pid, PID_MAX + 1, i) {
80                 // always points to the next to test
81                 next_free_pid = (next_free_pid + 1) % (PID_MAX + 1);
82                 if (!GET_BITMASK_BIT(pid_bmask, i)) {
83                         SET_BITMASK_BIT(pid_bmask, i);
84                         my_pid = i;
85                         break;
86                 }
87         }
88         spin_unlock(&pid_bmask_lock);
89         if (!my_pid)
90                 warn("Shazbot!  Unable to find a PID!  You need to deal with this!\n");
91         return my_pid;
92 }
93
94 /* Return a pid to the pid bitmask */
95 static void put_free_pid(pid_t pid)
96 {
97         spin_lock(&pid_bmask_lock);
98         CLR_BITMASK_BIT(pid_bmask, pid);
99         spin_unlock(&pid_bmask_lock);
100 }
101
102 /* While this could be done with just an assignment, this gives us the
103  * opportunity to check for bad transitions.  Might compile these out later, so
104  * we shouldn't rely on them for sanity checking from userspace.  */
105 int __proc_set_state(struct proc *p, uint32_t state)
106 {
107         uint32_t curstate = p->state;
108         /* Valid transitions:
109          * C   -> RBS
110          * RBS -> RGS
111          * RGS -> RBS
112          * RGS -> W
113          * W   -> RBS
114          * RGS -> RBM
115          * RBM -> RGM
116          * RGM -> RBM
117          * RGM -> RBS
118          * RGS -> D
119          * RGM -> D
120          *
121          * These ought to be implemented later (allowed, not thought through yet).
122          * RBS -> D
123          * RBM -> D
124          *
125          * This isn't allowed yet, should be later.  Is definitely causable.
126          * C   -> D
127          */
128         #if 1 // some sort of correctness flag
129         switch (curstate) {
130                 case PROC_CREATED:
131                         if (state != PROC_RUNNABLE_S)
132                                 panic("Invalid State Transition! PROC_CREATED to %02x", state);
133                         break;
134                 case PROC_RUNNABLE_S:
135                         if (!(state & (PROC_RUNNING_S | PROC_DYING)))
136                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNABLE_S to %02x", state);
137                         break;
138                 case PROC_RUNNING_S:
139                         if (!(state & (PROC_RUNNABLE_S | PROC_RUNNABLE_M | PROC_WAITING |
140                                        PROC_DYING)))
141                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNING_S to %02x", state);
142                         break;
143                 case PROC_WAITING:
144                         if (state != PROC_RUNNABLE_S)
145                                 panic("Invalid State Transition! PROC_WAITING to %02x", state);
146                         break;
147                 case PROC_DYING:
148                         if (state != PROC_CREATED) // when it is reused (TODO)
149                                 panic("Invalid State Transition! PROC_DYING to %02x", state);
150                         break;
151                 case PROC_RUNNABLE_M:
152                         if (!(state & (PROC_RUNNING_M | PROC_DYING)))
153                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNABLE_M to %02x", state);
154                         break;
155                 case PROC_RUNNING_M:
156                         if (!(state & (PROC_RUNNABLE_S | PROC_RUNNABLE_M | PROC_DYING)))
157                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNING_M to %02x", state);
158                         break;
159         }
160         #endif
161         p->state = state;
162         return 0;
163 }
164
165 /* Returns a pointer to the proc with the given pid, or 0 if there is none.
166  * This uses get_not_zero, since it is possible the refcnt is 0, which means the
167  * process is dying and we should not have the ref (and thus return 0).  We need
168  * to lock to protect us from getting p, (someone else removes and frees p),
169  * then get_not_zero() on p.
170  * Don't push the locking into the hashtable without dealing with this. */
171 struct proc *pid2proc(pid_t pid)
172 {
173         spin_lock(&pid_hash_lock);
174         struct proc *p = hashtable_search(pid_hash, (void*)pid);
175         if (p)
176                 if (!kref_get_not_zero(&p->kref, 1))
177                         p = 0;
178         spin_unlock(&pid_hash_lock);
179         return p;
180 }
181
182 /* Performs any initialization related to processes, such as create the proc
183  * cache, prep the scheduler, etc.  When this returns, we should be ready to use
184  * any process related function. */
185 void proc_init(void)
186 {
187         proc_cache = kmem_cache_create("proc", sizeof(struct proc),
188                      MAX(HW_CACHE_ALIGN, __alignof__(struct proc)), 0, 0, 0);
189         /* Init PID mask and hash.  pid 0 is reserved. */
190         SET_BITMASK_BIT(pid_bmask, 0);
191         spinlock_init(&pid_hash_lock);
192         spin_lock(&pid_hash_lock);
193         pid_hash = create_hashtable(100, __generic_hash, __generic_eq);
194         spin_unlock(&pid_hash_lock);
195         schedule_init();
196         /* Init idle cores. Core 0 is the management core. */
197         spin_lock(&idle_lock);
198 #ifdef __CONFIG_DISABLE_SMT__
199         /* assumes core0 is the only management core (NIC and monitor functionality
200          * are run there too.  it just adds the odd cores to the idlecoremap */
201         assert(!(num_cpus % 2));
202         // TODO: consider checking x86 for machines that actually hyperthread
203         num_idlecores = num_cpus >> 1;
204 #ifdef __CONFIG_ARSC_SERVER__
205         // Dedicate one core (core 2) to sysserver, might be able to share wit NIC
206         num_mgmtcores++;
207         assert(num_cpus >= num_mgmtcores);
208         send_kernel_message(2, (amr_t)arsc_server, 0,0,0, KMSG_ROUTINE);
209 #endif
210         for (int i = 0; i < num_idlecores; i++)
211                 idlecoremap[i] = (i * 2) + 1;
212 #else
213         // __CONFIG_DISABLE_SMT__
214         #ifdef __CONFIG_NETWORKING__
215         num_mgmtcores++; // Next core is dedicated to the NIC
216         assert(num_cpus >= num_mgmtcores);
217         #endif
218         #ifdef __CONFIG_APPSERVER__
219         #ifdef __CONFIG_DEDICATED_MONITOR__
220         num_mgmtcores++; // Next core dedicated to running the kernel monitor
221         assert(num_cpus >= num_mgmtcores);
222         // Need to subtract 1 from the num_mgmtcores # to get the cores index
223         send_kernel_message(num_mgmtcores-1, (amr_t)monitor, 0,0,0, KMSG_ROUTINE);
224         #endif
225         #endif
226 #ifdef __CONFIG_ARSC_SERVER__
227         // Dedicate one core (core 2) to sysserver, might be able to share wit NIC
228         num_mgmtcores++;
229         assert(num_cpus >= num_mgmtcores);
230         send_kernel_message(num_mgmtcores-1, (amr_t)arsc_server, 0,0,0, KMSG_ROUTINE);
231 #endif
232         num_idlecores = num_cpus - num_mgmtcores;
233         for (int i = 0; i < num_idlecores; i++)
234                 idlecoremap[i] = i + num_mgmtcores;
235 #endif /* __CONFIG_DISABLE_SMT__ */
236
237         spin_unlock(&idle_lock);
238         atomic_init(&num_envs, 0);
239 }
240
241 void
242 proc_init_procinfo(struct proc* p)
243 {
244         memset(&p->procinfo->vcoremap, 0, sizeof(p->procinfo->vcoremap));
245         memset(&p->procinfo->pcoremap, 0, sizeof(p->procinfo->pcoremap));
246         p->procinfo->num_vcores = 0;
247         p->procinfo->coremap_seqctr = SEQCTR_INITIALIZER;
248         // TODO: change these too
249         p->procinfo->pid = p->pid;
250         p->procinfo->ppid = p->ppid;
251         p->procinfo->tsc_freq = system_timing.tsc_freq;
252         // TODO: maybe do something smarter here
253 #ifdef __CONFIG_DISABLE_SMT__
254         p->procinfo->max_vcores = num_cpus >> 1;
255 #else
256         p->procinfo->max_vcores = MAX(1,num_cpus-num_mgmtcores);
257 #endif /* __CONFIG_DISABLE_SMT__ */
258 }
259
260 /* Allocates and initializes a process, with the given parent.  Currently
261  * writes the *p into **pp, and returns 0 on success, < 0 for an error.
262  * Errors include:
263  *  - ENOFREEPID if it can't get a PID
264  *  - ENOMEM on memory exhaustion */
265 error_t proc_alloc(struct proc **pp, struct proc *parent)
266 {
267         error_t r;
268         struct proc *p;
269
270         if (!(p = kmem_cache_alloc(proc_cache, 0)))
271                 return -ENOMEM;
272
273         { INITSTRUCT(*p)
274
275         /* one reference for the proc existing, and one for the ref we pass back. */
276         kref_init(&p->kref, __proc_free, 2);
277         // Setup the default map of where to get cache colors from
278         p->cache_colors_map = global_cache_colors_map;
279         p->next_cache_color = 0;
280         /* Initialize the address space */
281         if ((r = env_setup_vm(p)) < 0) {
282                 kmem_cache_free(proc_cache, p);
283                 return r;
284         }
285         if (!(p->pid = get_free_pid())) {
286                 kmem_cache_free(proc_cache, p);
287                 return -ENOFREEPID;
288         }
289         /* Set the basic status variables. */
290         spinlock_init(&p->proc_lock);
291         p->exitcode = 0;
292         p->ppid = parent ? parent->pid : 0;
293         p->state = PROC_CREATED; /* shouldn't go through state machine for init */
294         p->env_flags = 0;
295         p->env_entry = 0; // cheating.  this really gets set later
296         p->procinfo->heap_bottom = (void*)UTEXT;
297         p->heap_top = (void*)UTEXT;
298         memset(&p->resources, 0, sizeof(p->resources));
299         memset(&p->env_ancillary_state, 0, sizeof(p->env_ancillary_state));
300         memset(&p->env_tf, 0, sizeof(p->env_tf));
301         TAILQ_INIT(&p->vm_regions); /* could init this in the slab */
302
303         /* Initialize the contents of the e->procinfo structure */
304         proc_init_procinfo(p);
305         /* Initialize the contents of the e->procdata structure */
306
307         /* Initialize the generic syscall ring buffer */
308         SHARED_RING_INIT(&p->procdata->syscallring);
309         /* Initialize the backend of the syscall ring buffer */
310         BACK_RING_INIT(&p->syscallbackring,
311                        &p->procdata->syscallring,
312                        SYSCALLRINGSIZE);
313
314         /* Initialize the generic sysevent ring buffer */
315         SHARED_RING_INIT(&p->procdata->syseventring);
316         /* Initialize the frontend of the sysevent ring buffer */
317         FRONT_RING_INIT(&p->syseventfrontring,
318                         &p->procdata->syseventring,
319                         SYSEVENTRINGSIZE);
320
321         /* Init FS structures TODO: cleanup (might pull this out) */
322         kref_get(&default_ns.kref, 1);
323         p->ns = &default_ns;
324         spinlock_init(&p->fs_env.lock);
325         p->fs_env.umask = parent ? parent->fs_env.umask : 0002;
326         p->fs_env.root = p->ns->root->mnt_root;
327         kref_get(&p->fs_env.root->d_kref, 1);
328         p->fs_env.pwd = parent ? parent->fs_env.pwd : p->fs_env.root;
329         kref_get(&p->fs_env.pwd->d_kref, 1);
330         memset(&p->open_files, 0, sizeof(p->open_files));       /* slightly ghetto */
331         spinlock_init(&p->open_files.lock);
332         p->open_files.max_files = NR_OPEN_FILES_DEFAULT;
333         p->open_files.max_fdset = NR_FILE_DESC_DEFAULT;
334         p->open_files.fd = p->open_files.fd_array;
335         p->open_files.open_fds = (struct fd_set*)&p->open_files.open_fds_init;
336         /* TODO: 0, 1, and 2 are reserved, but prob shouldn't do it this way.
337          * Whatever we do for stdin/out/err, we need to keep it in sync for created
338          * processes and forked processes (clone_files). */
339         p->open_files.next_fd = 3;
340         for (int i = 0; i < 3; i++)
341                 SET_BITMASK_BIT(p->open_files.open_fds->fds_bits, i);
342
343         atomic_inc(&num_envs);
344         frontend_proc_init(p);
345         printd("[%08x] new process %08x\n", current ? current->pid : 0, p->pid);
346         } // INIT_STRUCT
347         *pp = p;
348         return 0;
349 }
350
351 /* We have a bunch of different ways to make processes.  Call this once the
352  * process is ready to be used by the rest of the system.  For now, this just
353  * means when it is ready to be named via the pidhash.  In the future, we might
354  * push setting the state to CREATED into here. */
355 void __proc_ready(struct proc *p)
356 {
357         spin_lock(&pid_hash_lock);
358         hashtable_insert(pid_hash, (void*)p->pid, p);
359         spin_unlock(&pid_hash_lock);
360 }
361
362 /* Creates a process from the specified file, argvs, and envps.  Tempted to get
363  * rid of proc_alloc's style, but it is so quaint... */
364 struct proc *proc_create(struct file *prog, char **argv, char **envp)
365 {
366         struct proc *p;
367         error_t r;
368         if ((r = proc_alloc(&p, current)) < 0)
369                 panic("proc_create: %e", r);    /* one of 3 quaint usages of %e */
370         procinfo_pack_args(p->procinfo, argv, envp);
371         assert(load_elf(p, prog) == 0);
372         __proc_ready(p);
373         return p;
374 }
375
376 /* This is called by kref_put(), once the last reference to the process is
377  * gone.  Don't call this otherwise (it will panic).  It will clean up the
378  * address space and deallocate any other used memory. */
379 static void __proc_free(struct kref *kref)
380 {
381         struct proc *p = container_of(kref, struct proc, kref);
382         physaddr_t pa;
383
384         printd("[PID %d] freeing proc: %d\n", current ? current->pid : 0, p->pid);
385         // All parts of the kernel should have decref'd before __proc_free is called
386         assert(kref_refcnt(&p->kref) == 0);
387
388         close_all_files(&p->open_files, FALSE);
389         destroy_vmrs(p);
390         frontend_proc_free(p);  /* TODO: please remove me one day */
391         /* Free any colors allocated to this process */
392         if(p->cache_colors_map != global_cache_colors_map) {
393                 for(int i=0; i<llc_cache->num_colors; i++)
394                         cache_color_free(llc_cache, p->cache_colors_map);
395                 cache_colors_map_free(p->cache_colors_map);
396         }
397         /* Remove us from the pid_hash and give our PID back (in that order). */
398         spin_lock(&pid_hash_lock);
399         if (!hashtable_remove(pid_hash, (void*)p->pid))
400                 panic("Proc not in the pid table in %s", __FUNCTION__);
401         spin_unlock(&pid_hash_lock);
402         put_free_pid(p->pid);
403         /* Flush all mapped pages in the user portion of the address space */
404         env_user_mem_free(p, 0, UVPT);
405         /* These need to be free again, since they were allocated with a refcnt. */
406         free_cont_pages(p->procinfo, LOG2_UP(PROCINFO_NUM_PAGES));
407         free_cont_pages(p->procdata, LOG2_UP(PROCDATA_NUM_PAGES));
408
409         env_pagetable_free(p);
410         p->env_pgdir = 0;
411         p->env_cr3 = 0;
412
413         atomic_dec(&num_envs);
414
415         /* Dealloc the struct proc */
416         kmem_cache_free(proc_cache, p);
417 }
418
419 /* Whether or not actor can control target.  Note we currently don't need
420  * locking for this. TODO: think about that, esp wrt proc's dying. */
421 bool proc_controls(struct proc *actor, struct proc *target)
422 {
423         return ((actor == target) || (target->ppid == actor->pid));
424 }
425
426 /* Dispatches a process to run, either on the current core in the case of a
427  * RUNNABLE_S, or on its partition in the case of a RUNNABLE_M.  This should
428  * never be called to "restart" a core.  This expects that the "instructions"
429  * for which core(s) to run this on will be in the vcoremap, which needs to be
430  * set externally.
431  *
432  * When a process goes from RUNNABLE_M to RUNNING_M, its vcoremap will be
433  * "packed" (no holes in the vcore->pcore mapping), vcore0 will continue to run
434  * it's old core0 context, and the other cores will come in at the entry point.
435  * Including in the case of preemption.
436  *
437  * This won't return if the current core is going to be one of the processes
438  * cores (either for _S mode or for _M if it's in the vcoremap).  proc_run will
439  * eat your reference if it does not return. */
440 void proc_run(struct proc *p)
441 {
442         bool self_ipi_pending = FALSE;
443         spin_lock(&p->proc_lock);
444
445         switch (p->state) {
446                 case (PROC_DYING):
447                         spin_unlock(&p->proc_lock);
448                         printk("Process %d not starting due to async death\n", p->pid);
449                         // if we're a worker core, smp_idle, o/w return
450                         if (!management_core())
451                                 smp_idle(); // this never returns
452                         return;
453                 case (PROC_RUNNABLE_S):
454                         assert(current != p);
455                         __proc_set_state(p, PROC_RUNNING_S);
456                         /* We will want to know where this process is running, even if it is
457                          * only in RUNNING_S.  can use the vcoremap, which makes death easy.
458                          * Also, this is the signal used in trap.c to know to save the tf in
459                          * env_tf. */
460                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
461                         p->procinfo->num_vcores = 0;
462                         __map_vcore(p, 0, core_id()); // sort of.  this needs work.
463                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
464                         /* __proc_startcore assumes the reference we give it is for current.
465                          * Decref if current is already properly set. */
466                         if (p == current)
467                                 kref_put(&p->kref);
468                         /* We don't want to process routine messages here, since it's a bit
469                          * different than when we perform a syscall in this process's
470                          * context.  We want interrupts disabled so that if there was a
471                          * routine message on the way, we'll get the interrupt once we pop
472                          * back to userspace.  */
473                         spin_unlock(&p->proc_lock);
474                         disable_irq();
475
476                         __proc_startcore(p, &p->env_tf);
477                         break;
478                 case (PROC_RUNNABLE_M):
479                         /* vcoremap[i] holds the coreid of the physical core allocated to
480                          * this process.  It is set outside proc_run.  For the kernel
481                          * message, a0 = struct proc*, a1 = struct trapframe*.   */
482                         if (p->procinfo->num_vcores) {
483                                 __proc_set_state(p, PROC_RUNNING_M);
484                                 /* Up the refcnt, since num_vcores are going to start using this
485                                  * process and have it loaded in their 'current'. */
486                                 kref_get(&p->kref, p->procinfo->num_vcores);
487                                 /* If the core we are running on is in the vcoremap, we will get
488                                  * an IPI (once we reenable interrupts) and never return. */
489                                 if (is_mapped_vcore(p, core_id()))
490                                         self_ipi_pending = TRUE;
491                                 for (int i = 0; i < p->procinfo->num_vcores; i++)
492                                         send_kernel_message(get_pcoreid(p, i), __startcore, p, 0,
493                                                             0, KMSG_ROUTINE);
494                         } else {
495                                 warn("Tried to proc_run() an _M with no vcores!");
496                         }
497                         /* Unlock and decref/wait for the IPI if one is pending.  This will
498                          * eat the reference if we aren't returning.
499                          *
500                          * There a subtle race avoidance here.  __proc_startcore can handle
501                          * a death message, but we can't have the startcore come after the
502                          * death message.  Otherwise, it would look like a new process.  So
503                          * we hold the lock til after we send our message, which prevents a
504                          * possible death message.
505                          * - Note there is no guarantee this core's interrupts were on, so
506                          *   it may not get the message for a while... */
507                         spin_unlock(&p->proc_lock);
508                         __proc_kmsg_pending(p, self_ipi_pending);
509                         break;
510                 default:
511                         spin_unlock(&p->proc_lock);
512                         panic("Invalid process state %p in proc_run()!!", p->state);
513         }
514 }
515
516 /* Actually runs the given context (trapframe) of process p on the core this
517  * code executes on.  This is called directly by __startcore, which needs to
518  * bypass the routine_kmsg check.  Interrupts should be off when you call this.
519  *
520  * A note on refcnting: this function will not return, and your proc reference
521  * will end up stored in current.  This will make no changes to p's refcnt, so
522  * do your accounting such that there is only the +1 for current.  This means if
523  * it is already in current (like in the trap return path), don't up it.  If
524  * it's already in current and you have another reference (like pid2proc or from
525  * an IPI), then down it (which is what happens in __startcore()).  If it's not
526  * in current and you have one reference, like proc_run(non_current_p), then
527  * also do nothing.  The refcnt for your *p will count for the reference stored
528  * in current. */
529 static void __proc_startcore(struct proc *p, trapframe_t *tf)
530 {
531         assert(!irq_is_enabled());
532         /* If the process wasn't here, then we need to load its address space. */
533         if (p != current) {
534                 /* Do not incref here.  We were given the reference to current,
535                  * pre-upped. */
536                 lcr3(p->env_cr3);
537                 /* This is "leaving the process context" of the previous proc.  The
538                  * previous lcr3 unloaded the previous proc's context.  This should
539                  * rarely happen, since we usually proactively leave process context,
540                  * but is the fallback. */
541                 if (current)
542                         kref_put(&current->kref);
543                 set_current_proc(p);
544         }
545         /* need to load our silly state, preferably somewhere other than here so we
546          * can avoid the case where the context was just running here.  it's not
547          * sufficient to do it in the "new process" if-block above (could be things
548          * like page faults that cause us to keep the same process, but want a
549          * different context.
550          * for now, we load this silly state here. (TODO) (HSS)
551          * We also need this to be per trapframe, and not per process...
552          * For now / OSDI, only load it when in _S mode.  _M mode was handled in
553          * __startcore.  */
554         if (p->state == PROC_RUNNING_S)
555                 env_pop_ancillary_state(p);
556         
557         env_pop_tf(tf);
558 }
559
560 /* Restarts the given context (trapframe) of process p on the core this code
561  * executes on.  Calls an internal function to do the work.
562  *
563  * In case there are pending routine messages, like __death, __preempt, or
564  * __notify, we need to run them.  Alternatively, if there are any, we could
565  * self_ipi, and run the messages immediately after popping back to userspace,
566  * but that would have crappy overhead.
567  *
568  * Refcnting: this will not return, and it assumes that you've accounted for
569  * your reference as if it was the ref for "current" (which is what happens when
570  * returning from local traps and such. */
571 void proc_restartcore(struct proc *p, trapframe_t *tf)
572 {
573         // TODO: proc_restartcore shouldn't ever be called with tf != current_tf,
574         // so the parameter should probably be removed outright.
575         assert(current_tf == tf);
576
577         /* Need ints disabled when we return from processing (race) */
578         disable_irq();
579         process_routine_kmsg();
580         __proc_startcore(p, tf);
581 }
582
583 /*
584  * Destroys the given process.  This may be called from another process, a light
585  * kernel thread (no real process context), asynchronously/cross-core, or from
586  * the process on its own core.
587  *
588  * Here's the way process death works:
589  * 0. grab the lock (protects state transition and core map)
590  * 1. set state to dying.  that keeps the kernel from doing anything for the
591  * process (like proc_running it).
592  * 2. figure out where the process is running (cross-core/async or RUNNING_M)
593  * 3. IPI to clean up those cores (decref, etc).
594  * 4. Unlock
595  * 5. Clean up your core, if applicable
596  * (Last core/kernel thread to decref cleans up and deallocates resources.)
597  *
598  * Note that some cores can be processing async calls, but will eventually
599  * decref.  Should think about this more, like some sort of callback/revocation.
600  *
601  * This will eat your reference if it won't return.  Note that this function
602  * needs to change anyways when we make __death more like __preempt.  (TODO) */
603 void proc_destroy(struct proc *p)
604 {
605         bool self_ipi_pending = FALSE;
606         
607 #ifdef __CONFIG_ARSC_SERVER__
608         spin_lock_irqsave(&arsc_proc_lock);
609
610         // remove from ARSC list
611         TAILQ_REMOVE(&arsc_proc_list, p, proc_arsc_link);
612         spin_unlock_irqsave(&arsc_proc_lock);
613 #endif 
614         spin_lock(&p->proc_lock);
615         
616
617         /* TODO: (DEATH) look at this again when we sort the __death IPI */
618         if (current == p)
619                 self_ipi_pending = TRUE;
620
621         switch (p->state) {
622                 case PROC_DYING: // someone else killed this already.
623                         spin_unlock(&p->proc_lock);
624                         __proc_kmsg_pending(p, self_ipi_pending);
625                         return;
626                 case PROC_RUNNABLE_M:
627                         /* Need to reclaim any cores this proc might have, even though it's
628                          * not running yet. */
629                         __proc_take_allcores(p, NULL, NULL, NULL, NULL);
630                         // fallthrough
631                 case PROC_RUNNABLE_S:
632                         // Think about other lists, like WAITING, or better ways to do this
633                         deschedule_proc(p);
634                         break;
635                 case PROC_RUNNING_S:
636                         #if 0
637                         // here's how to do it manually
638                         if (current == p) {
639                                 lcr3(boot_cr3);
640                                 kref_put(&p->kref);             /* this decref is for the cr3 */
641                                 current = NULL;
642                         }
643                         #endif
644                         send_kernel_message(get_pcoreid(p, 0), __death, 0, 0, 0,
645                                             KMSG_ROUTINE);
646                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
647                         // TODO: might need to sort num_vcores too later (VC#)
648                         /* vcore is unmapped on the receive side */
649                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
650                         #if 0
651                         /* right now, RUNNING_S only runs on a mgmt core (0), not cores
652                          * managed by the idlecoremap.  so don't do this yet. */
653                         put_idle_core(get_pcoreid(p, 0));
654                         #endif
655                         break;
656                 case PROC_RUNNING_M:
657                         /* Send the DEATH message to every core running this process, and
658                          * deallocate the cores.
659                          * The rule is that the vcoremap is set before proc_run, and reset
660                          * within proc_destroy */
661                         __proc_take_allcores(p, __death, (void *SNT)0, (void *SNT)0,
662                                              (void *SNT)0);
663                         break;
664                 default:
665                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
666                               __FUNCTION__);
667         }
668         __proc_set_state(p, PROC_DYING);
669         /* This kref_put() is for the process's existence. */
670         kref_put(&p->kref);
671         /* Unlock and possible decref and wait.  A death IPI should be on its way,
672          * either from the RUNNING_S one, or from proc_take_cores with a __death.
673          * in general, interrupts should be on when you call proc_destroy locally,
674          * but currently aren't for all things (like traphandlers). */
675         spin_unlock(&p->proc_lock);
676         /* at this point, we normally have one ref to be eaten in kmsg_pending and
677          * one for every 'current'.  and maybe one for a parent */
678         __proc_kmsg_pending(p, self_ipi_pending);
679         return;
680 }
681
682 /* Helper function.  Starting from prev, it will find the next free vcoreid,
683  * which is the next vcore that is not valid.
684  * You better hold the lock before calling this. */
685 static uint32_t get_free_vcoreid(struct proc *SAFE p, uint32_t prev)
686 {
687         uint32_t i;
688         for (i = prev; i < MAX_NUM_CPUS; i++)
689                 if (!p->procinfo->vcoremap[i].valid)
690                         break;
691         if (i + 1 >= MAX_NUM_CPUS)
692                 warn("At the end of the vcorelist.  Might want to check that out.");
693         return i;
694 }
695
696 /* Helper function.  Starting from prev, it will find the next busy vcoreid,
697  * which is the next vcore that is valid.
698  * You better hold the lock before calling this. */
699 static uint32_t get_busy_vcoreid(struct proc *SAFE p, uint32_t prev)
700 {
701         uint32_t i;
702         for (i = prev; i < MAX_NUM_CPUS; i++)
703                 if (p->procinfo->vcoremap[i].valid)
704                         break;
705         if (i + 1 >= MAX_NUM_CPUS)
706                 warn("At the end of the vcorelist.  Might want to check that out.");
707         return i;
708 }
709
710 /* Helper function.  Is the given pcore a mapped vcore?  No locking involved, be
711  * careful. */
712 static bool is_mapped_vcore(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
713 {
714         return p->procinfo->pcoremap[pcoreid].valid;
715 }
716
717 /* Helper function.  Find the vcoreid for a given physical core id for proc p.
718  * No locking involved, be careful.  Panics on failure. */
719 static uint32_t get_vcoreid(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
720 {
721         assert(is_mapped_vcore(p, pcoreid));
722         return p->procinfo->pcoremap[pcoreid].vcoreid;
723 }
724
725 /* Helper function.  Find the pcoreid for a given virtual core id for proc p.
726  * No locking involved, be careful.  Panics on failure. */
727 static uint32_t get_pcoreid(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
728 {
729         assert(p->procinfo->vcoremap[vcoreid].valid);
730         return p->procinfo->vcoremap[vcoreid].pcoreid;
731 }
732
733 /* Yields the calling core.  Must be called locally (not async) for now.
734  * - If RUNNING_S, you just give up your time slice and will eventually return.
735  * - If RUNNING_M, you give up the current vcore (which never returns), and
736  *   adjust the amount of cores wanted/granted.
737  * - If you have only one vcore, you switch to RUNNABLE_M.  When you run again,
738  *   you'll have one guaranteed core, starting from the entry point.
739  *
740  * - RES_CORES amt_wanted will be the amount running after taking away the
741  *   yielder, unless there are none left, in which case it will be 1.
742  *
743  * If the call is being nice, it means that it is in response to a preemption
744  * (which needs to be checked).  If there is no preemption pending, just return.
745  * No matter what, don't adjust the number of cores wanted.
746  *
747  * This usually does not return (abandon_core()), so it will eat your reference.
748  * */
749 void proc_yield(struct proc *SAFE p, bool being_nice)
750 {
751         uint32_t vcoreid = get_vcoreid(p, core_id());
752         struct vcore *vc = &p->procinfo->vcoremap[vcoreid];
753
754         /* no reason to be nice, return */
755         if (being_nice && !vc->preempt_pending)
756                 return;
757
758         spin_lock(&p->proc_lock); /* horrible scalability.  =( */
759
760         /* fate is sealed, return and take the preempt message on the way out.
761          * we're making this check while holding the lock, since the preemptor
762          * should hold the lock when sending messages. */
763         if (vc->preempt_served) {
764                 spin_unlock(&p->proc_lock);
765                 return;
766         }
767         /* no need to preempt later, since we are yielding (nice or otherwise) */
768         if (vc->preempt_pending)
769                 vc->preempt_pending = 0;
770
771         switch (p->state) {
772                 case (PROC_RUNNING_S):
773                         p->env_tf= *current_tf;
774                         env_push_ancillary_state(p); // TODO: (HSS)
775                         __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_S);
776                         schedule_proc(p);
777                         break;
778                 case (PROC_RUNNING_M):
779                         printd("[K] Process %d (%p) is yielding on vcore %d\n", p->pid, p,
780                                get_vcoreid(p, core_id()));
781                         /* TODO: (RMS) the Scheduler cannot handle the Runnable Ms (RMS), so
782                          * don't yield the last vcore. */
783                         if (p->procinfo->num_vcores == 1) {
784                                 spin_unlock(&p->proc_lock);
785                                 return;
786                         }
787                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
788                         // give up core
789                         __unmap_vcore(p, get_vcoreid(p, core_id()));
790                         p->resources[RES_CORES].amt_granted = --(p->procinfo->num_vcores);
791                         if (!being_nice)
792                                 p->resources[RES_CORES].amt_wanted = p->procinfo->num_vcores;
793                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
794                         // add to idle list
795                         put_idle_core(core_id());
796                         // last vcore?  then we really want 1, and to yield the gang
797                         // TODO: (RMS) will actually do this.
798                         if (p->procinfo->num_vcores == 0) {
799                                 p->resources[RES_CORES].amt_wanted = 1;
800                                 __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_M);
801                                 schedule_proc(p);
802                         }
803                         break;
804                 default:
805                         // there are races that can lead to this (async death, preempt, etc)
806                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
807                               __FUNCTION__);
808         }
809         spin_unlock(&p->proc_lock);
810         kref_put(&p->kref);                     /* need to eat the ref passed in */
811         /* TODO: (RMS) If there was a change to the idle cores, try and give our
812          * core to someone who was preempted. */
813         /* Clean up the core and idle.  For mgmt cores, they will ultimately call
814          * manager, which will call schedule() and will repick the yielding proc. */
815         abandon_core();
816 }
817
818 /* If you expect to notify yourself, cleanup state and process_routine_kmsg() */
819 void do_notify(struct proc *p, uint32_t vcoreid, unsigned int notif,
820                struct notif_event *ne)
821 {
822         printd("sending notif %d to proc %p\n", notif, p);
823         assert(notif < MAX_NR_NOTIF);
824         if (ne)
825                 assert(notif == ne->ne_type);
826
827         struct notif_method *nm = &p->procdata->notif_methods[notif];
828         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
829
830         printd("nm = %p, vcpd = %p\n", nm, vcpd);
831         /* enqueue notif message or toggle bits */
832         if (ne && nm->flags & NOTIF_MSG) {
833                 if (bcq_enqueue(&vcpd->notif_evts, ne, NR_PERCORE_EVENTS, 4)) {
834                         atomic_inc((atomic_t)&vcpd->event_overflows); // careful here
835                         SET_BITMASK_BIT_ATOMIC(vcpd->notif_bmask, notif);
836                 }
837         } else {
838                 SET_BITMASK_BIT_ATOMIC(vcpd->notif_bmask, notif);
839         }
840
841         /* Active notification */
842         /* TODO: Currently, there is a race for notif_pending, and multiple senders
843          * can send an IPI.  Worst thing is that the process gets interrupted
844          * briefly and the kernel immediately returns back once it realizes notifs
845          * are masked.  To fix it, we'll need atomic_swapb() (right answer), or not
846          * use a bool. (wrong answer). */
847         if (nm->flags & NOTIF_IPI && !vcpd->notif_pending) {
848                 vcpd->notif_pending = TRUE;
849                 if (vcpd->notif_enabled) {
850                         /* GIANT WARNING: we aren't using the proc-lock to protect the
851                          * vcoremap.  We want to be able to use this from interrupt context,
852                          * and don't want the proc_lock to be an irqsave.
853                          */
854                         if ((p->state & PROC_RUNNING_M) && // TODO: (VC#) (_S state)
855                                       (p->procinfo->vcoremap[vcoreid].valid)) {
856                                 printd("[kernel] sending notif to vcore %d\n", vcoreid);
857                                 send_kernel_message(get_pcoreid(p, vcoreid), __notify, p, 0, 0,
858                                                     KMSG_ROUTINE);
859                         } else { // TODO: think about this, fallback, etc
860                                 warn("Vcore unmapped, not receiving an active notif");
861                         }
862                 }
863         }
864 }
865
866 /* Sends notification number notif to proc p.  Meant for generic notifications /
867  * reference implementation.  do_notify does the real work.  This one mostly
868  * just determines where the notif should be sent, other checks, etc.
869  * Specifically, it handles the parameters of notif_methods.  If you happen to
870  * notify yourself, make sure you process routine kmsgs. */
871 void proc_notify(struct proc *p, unsigned int notif, struct notif_event *ne)
872 {
873         assert(notif < MAX_NR_NOTIF); // notifs start at 0
874         struct notif_method *nm = &p->procdata->notif_methods[notif];
875         struct notif_event local_ne;
876
877         /* Caller can opt to not send an NE, in which case we use the notif */
878         if (!ne) {
879                 ne = &local_ne;
880                 ne->ne_type = notif;
881         }
882
883         if (!(nm->flags & NOTIF_WANTED))
884                 return;
885         do_notify(p, nm->vcoreid, ne->ne_type, ne);
886 }
887
888 /************************  Preemption Functions  ******************************
889  * Don't rely on these much - I'll be sure to change them up a bit.
890  *
891  * Careful about what takes a vcoreid and what takes a pcoreid.  Also, there may
892  * be weird glitches with setting the state to RUNNABLE_M.  It is somewhat in
893  * flux.  The num_vcores is changed after take_cores, but some of the messages
894  * (or local traps) may not yet be ready to handle seeing their future state.
895  * But they should be, so fix those when they pop up.
896  *
897  * TODO: (RMS) we need to actually make the scheduler handle RUNNABLE_Ms and
898  * then schedule these, or change proc_destroy to not assume they need to be
899  * descheduled.
900  *
901  * Another thing to do would be to make the _core functions take a pcorelist,
902  * and not just one pcoreid. */
903
904 /* Sets a preempt_pending warning for p's vcore, to go off 'when'.  If you care
905  * about locking, do it before calling.  Takes a vcoreid! */
906 void __proc_preempt_warn(struct proc *p, uint32_t vcoreid, uint64_t when)
907 {
908         /* danger with doing this unlocked: preempt_pending is set, but never 0'd,
909          * since it is unmapped and not dealt with (TODO)*/
910         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].preempt_pending = when;
911         /* notify, if they want to hear about this event.  regardless of how they
912          * want it, we can send this as a bit.  Subject to change. */
913         if (p->procdata->notif_methods[NE_PREEMPT_PENDING].flags | NOTIF_WANTED)
914                 do_notify(p, vcoreid, NE_PREEMPT_PENDING, 0);
915         /* TODO: consider putting in some lookup place for the alarm to find it.
916          * til then, it'll have to scan the vcoremap (O(n) instead of O(m)) */
917 }
918
919 /* Warns all active vcores of an impending preemption.  Hold the lock if you
920  * care about the mapping (and you should). */
921 void __proc_preempt_warnall(struct proc *p, uint64_t when)
922 {
923         uint32_t active_vcoreid = 0;
924         for (int i = 0; i < p->procinfo->num_vcores; i++) {
925                 active_vcoreid = get_busy_vcoreid(p, active_vcoreid);
926                 __proc_preempt_warn(p, active_vcoreid, when);
927                 active_vcoreid++;
928         }
929         /* TODO: consider putting in some lookup place for the alarm to find it.
930          * til then, it'll have to scan the vcoremap (O(n) instead of O(m)) */
931 }
932
933 // TODO: function to set an alarm, if none is outstanding
934
935 /* Raw function to preempt a single core.  Returns TRUE if the calling core will
936  * get a kmsg.  If you care about locking, do it before calling. */
937 bool __proc_preempt_core(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
938 {
939         uint32_t vcoreid = get_vcoreid(p, pcoreid);
940
941         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].preempt_served = TRUE;
942         // expects a pcorelist.  assumes pcore is mapped and running_m
943         return __proc_take_cores(p, &pcoreid, 1, __preempt, p, 0, 0);
944 }
945
946 /* Raw function to preempt every vcore.  Returns TRUE if the calling core will
947  * get a kmsg.  If you care about locking, do it before calling. */
948 bool __proc_preempt_all(struct proc *p)
949 {
950         /* instead of doing this, we could just preempt_served all possible vcores,
951          * and not just the active ones.  We would need to sort out a way to deal
952          * with stale preempt_serveds first.  This might be just as fast anyways. */
953         uint32_t active_vcoreid = 0;
954         for (int i = 0; i < p->procinfo->num_vcores; i++) {
955                 active_vcoreid = get_busy_vcoreid(p, active_vcoreid);
956                 p->procinfo->vcoremap[active_vcoreid].preempt_served = TRUE;
957                 active_vcoreid++;
958         }
959         return __proc_take_allcores(p, __preempt, p, 0, 0);
960 }
961
962 /* Warns and preempts a vcore from p.  No delaying / alarming, or anything.  The
963  * warning will be for u usec from now. */
964 void proc_preempt_core(struct proc *p, uint32_t pcoreid, uint64_t usec)
965 {
966         bool self_ipi_pending = FALSE;
967         uint64_t warn_time = read_tsc() + usec * 1000000 / system_timing.tsc_freq;
968
969         /* DYING could be okay */
970         if (p->state != PROC_RUNNING_M) {
971                 warn("Tried to preempt from a non RUNNING_M proc!");
972                 return;
973         }
974         spin_lock(&p->proc_lock);
975         if (is_mapped_vcore(p, pcoreid)) {
976                 __proc_preempt_warn(p, get_vcoreid(p, pcoreid), warn_time);
977                 self_ipi_pending = __proc_preempt_core(p, pcoreid);
978         } else {
979                 warn("Pcore doesn't belong to the process!!");
980         }
981         /* TODO: (RMS) do this once a scheduler can handle RUNNABLE_M, and make sure
982          * to schedule it */
983         #if 0
984         if (!p->procinfo->num_vcores) {
985                 __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_M);
986                 schedule_proc(p);
987         }
988         #endif
989         spin_unlock(&p->proc_lock);
990         __proc_kmsg_pending(p, self_ipi_pending);
991 }
992
993 /* Warns and preempts all from p.  No delaying / alarming, or anything.  The
994  * warning will be for u usec from now. */
995 void proc_preempt_all(struct proc *p, uint64_t usec)
996 {
997         bool self_ipi_pending = FALSE;
998         uint64_t warn_time = read_tsc() + usec * 1000000 / system_timing.tsc_freq;
999
1000         spin_lock(&p->proc_lock);
1001         /* DYING could be okay */
1002         if (p->state != PROC_RUNNING_M) {
1003                 warn("Tried to preempt from a non RUNNING_M proc!");
1004                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1005                 return;
1006         }
1007         __proc_preempt_warnall(p, warn_time);
1008         self_ipi_pending = __proc_preempt_all(p);
1009         assert(!p->procinfo->num_vcores);
1010         /* TODO: (RMS) do this once a scheduler can handle RUNNABLE_M, and make sure
1011          * to schedule it */
1012         #if 0
1013         __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_M);
1014         schedule_proc(p);
1015         #endif
1016         spin_unlock(&p->proc_lock);
1017         __proc_kmsg_pending(p, self_ipi_pending);
1018 }
1019
1020 /* Give the specific pcore to proc p.  Lots of assumptions, so don't really use
1021  * this.  The proc needs to be _M and prepared for it.  the pcore needs to be
1022  * free, etc. */
1023 void proc_give(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
1024 {
1025         bool self_ipi_pending = FALSE;
1026
1027         spin_lock(&p->proc_lock);
1028         // expects a pcorelist, we give it a list of one
1029         self_ipi_pending = __proc_give_cores(p, &pcoreid, 1);
1030         spin_unlock(&p->proc_lock);
1031         __proc_kmsg_pending(p, self_ipi_pending);
1032 }
1033
1034 /* Global version of the helper, for sys_get_vcoreid (might phase that syscall
1035  * out). */
1036 uint32_t proc_get_vcoreid(struct proc *SAFE p, uint32_t pcoreid)
1037 {
1038         uint32_t vcoreid;
1039         // TODO: the code currently doesn't track the vcoreid properly for _S (VC#)
1040         spin_lock(&p->proc_lock);
1041         switch (p->state) {
1042                 case PROC_RUNNING_S:
1043                         spin_unlock(&p->proc_lock);
1044                         return 0; // TODO: here's the ugly part
1045                 case PROC_RUNNING_M:
1046                         vcoreid = get_vcoreid(p, pcoreid);
1047                         spin_unlock(&p->proc_lock);
1048                         return vcoreid;
1049                 case PROC_DYING: // death message is on the way
1050                         spin_unlock(&p->proc_lock);
1051                         return 0;
1052                 default:
1053                         spin_unlock(&p->proc_lock);
1054                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1055                               __FUNCTION__);
1056         }
1057 }
1058
1059 /* Gives process p the additional num cores listed in pcorelist.  You must be
1060  * RUNNABLE_M or RUNNING_M before calling this.  If you're RUNNING_M, this will
1061  * startup your new cores at the entry point with their virtual IDs (or restore
1062  * a preemption).  If you're RUNNABLE_M, you should call proc_run after this so
1063  * that the process can start to use its cores.
1064  *
1065  * If you're *_S, make sure your core0's TF is set (which is done when coming in
1066  * via arch/trap.c and we are RUNNING_S), change your state, then call this.
1067  * Then call proc_run().
1068  *
1069  * The reason I didn't bring the _S cases from core_request over here is so we
1070  * can keep this family of calls dealing with only *_Ms, to avoiding caring if
1071  * this is called from another core, and to avoid the need_to_idle business.
1072  * The other way would be to have this function have the side effect of changing
1073  * state, and finding another way to do the need_to_idle.
1074  *
1075  * The returned bool signals whether or not a stack-crushing IPI will come in
1076  * once you unlock after this function.
1077  *
1078  * WARNING: You must hold the proc_lock before calling this! */
1079 bool __proc_give_cores(struct proc *SAFE p, uint32_t *pcorelist, size_t num)
1080 { TRUSTEDBLOCK
1081         bool self_ipi_pending = FALSE;
1082         uint32_t free_vcoreid = 0;
1083         switch (p->state) {
1084                 case (PROC_RUNNABLE_S):
1085                 case (PROC_RUNNING_S):
1086                         panic("Don't give cores to a process in a *_S state!\n");
1087                         break;
1088                 case (PROC_DYING):
1089                         panic("Attempted to give cores to a DYING process.\n");
1090                         break;
1091                 case (PROC_RUNNABLE_M):
1092                         // set up vcoremap.  list should be empty, but could be called
1093                         // multiple times before proc_running (someone changed their mind?)
1094                         if (p->procinfo->num_vcores) {
1095                                 printk("[kernel] Yaaaaaarrrrr!  Giving extra cores, are we?\n");
1096                                 // debugging: if we aren't packed, then there's a problem
1097                                 // somewhere, like someone forgot to take vcores after
1098                                 // preempting.
1099                                 for (int i = 0; i < p->procinfo->num_vcores; i++)
1100                                         assert(p->procinfo->vcoremap[i].valid);
1101                         }
1102                         // add new items to the vcoremap
1103                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1104                         for (int i = 0; i < num; i++) {
1105                                 // find the next free slot, which should be the next one
1106                                 free_vcoreid = get_free_vcoreid(p, free_vcoreid);
1107                                 printd("setting vcore %d to pcore %d\n", free_vcoreid,
1108                                        pcorelist[i]);
1109                                 __map_vcore(p, free_vcoreid, pcorelist[i]);
1110                                 p->procinfo->num_vcores++;
1111                         }
1112                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1113                         break;
1114                 case (PROC_RUNNING_M):
1115                         /* Up the refcnt, since num cores are going to start using this
1116                          * process and have it loaded in their 'current'. */
1117                         kref_get(&p->kref, num);
1118                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1119                         for (int i = 0; i < num; i++) {
1120                                 free_vcoreid = get_free_vcoreid(p, free_vcoreid);
1121                                 printd("setting vcore %d to pcore %d\n", free_vcoreid,
1122                                        pcorelist[i]);
1123                                 __map_vcore(p, free_vcoreid, pcorelist[i]);
1124                                 p->procinfo->num_vcores++;
1125                                 send_kernel_message(pcorelist[i], __startcore, p, 0, 0,
1126                                                     KMSG_ROUTINE);
1127                                 if (pcorelist[i] == core_id())
1128                                         self_ipi_pending = TRUE;
1129                         }
1130                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1131                         break;
1132                 default:
1133                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1134                               __FUNCTION__);
1135         }
1136         p->resources[RES_CORES].amt_granted += num;
1137         return self_ipi_pending;
1138 }
1139
1140 /* Makes process p's coremap look like pcorelist (add, remove, etc).  Caller
1141  * needs to know what cores are free after this call (removed, failed, etc).
1142  * This info will be returned via corelist and *num.  This will send message to
1143  * any cores that are getting removed.
1144  *
1145  * Before implementing this, we should probably think about when this will be
1146  * used.  Implies preempting for the message.  The more that I think about this,
1147  * the less I like it.  For now, don't use this, and think hard before
1148  * implementing it.
1149  *
1150  * WARNING: You must hold the proc_lock before calling this! */
1151 bool __proc_set_allcores(struct proc *SAFE p, uint32_t *pcorelist,
1152                          size_t *num, amr_t message,TV(a0t) arg0,
1153                          TV(a1t) arg1, TV(a2t) arg2)
1154 {
1155         panic("Set all cores not implemented.\n");
1156 }
1157
1158 /* Takes from process p the num cores listed in pcorelist, using the given
1159  * message for the kernel message (__death, __preempt, etc).  Like the others
1160  * in this function group, bool signals whether or not an IPI is pending.
1161  *
1162  * WARNING: You must hold the proc_lock before calling this! */
1163 bool __proc_take_cores(struct proc *SAFE p, uint32_t *pcorelist,
1164                        size_t num, amr_t message, TV(a0t) arg0,
1165                        TV(a1t) arg1, TV(a2t) arg2)
1166 { TRUSTEDBLOCK
1167         uint32_t vcoreid, pcoreid;
1168         bool self_ipi_pending = FALSE;
1169         switch (p->state) {
1170                 case (PROC_RUNNABLE_M):
1171                         assert(!message);
1172                         break;
1173                 case (PROC_RUNNING_M):
1174                         assert(message);
1175                         break;
1176                 default:
1177                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1178                               __FUNCTION__);
1179         }
1180         spin_lock(&idle_lock);
1181         assert((num <= p->procinfo->num_vcores) &&
1182                (num_idlecores + num <= num_cpus));
1183         spin_unlock(&idle_lock);
1184         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1185         for (int i = 0; i < num; i++) {
1186                 vcoreid = get_vcoreid(p, pcorelist[i]);
1187                 // while ugly, this is done to facilitate merging with take_all_cores
1188                 pcoreid = get_pcoreid(p, vcoreid);
1189                 assert(pcoreid == pcorelist[i]);
1190                 if (message) {
1191                         if (pcoreid == core_id())
1192                                 self_ipi_pending = TRUE;
1193                         send_kernel_message(pcoreid, message, arg0, arg1, arg2,
1194                                             KMSG_ROUTINE);
1195                 } else {
1196                         /* if there was a msg, the vcore is unmapped on the receive side.
1197                          * o/w, we need to do it here. */
1198                         __unmap_vcore(p, vcoreid);
1199                 }
1200                 // give the pcore back to the idlecoremap
1201                 put_idle_core(pcoreid);
1202         }
1203         p->procinfo->num_vcores -= num;
1204         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1205         p->resources[RES_CORES].amt_granted -= num;
1206         return self_ipi_pending;
1207 }
1208
1209 /* Takes all cores from a process, which must be in an _M state.  Cores are
1210  * placed back in the idlecoremap.  If there's a message, such as __death or
1211  * __preempt, it will be sent to the cores.  The bool signals whether or not an
1212  * IPI is coming in once you unlock.
1213  *
1214  * WARNING: You must hold the proc_lock before calling this! */
1215 bool __proc_take_allcores(struct proc *SAFE p, amr_t message,
1216                           TV(a0t) arg0, TV(a1t) arg1, TV(a2t) arg2)
1217 {
1218         uint32_t active_vcoreid = 0, pcoreid;
1219         bool self_ipi_pending = FALSE;
1220         switch (p->state) {
1221                 case (PROC_RUNNABLE_M):
1222                         assert(!message);
1223                         break;
1224                 case (PROC_RUNNING_M):
1225                         assert(message);
1226                         break;
1227                 default:
1228                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1229                               __FUNCTION__);
1230         }
1231         spin_lock(&idle_lock);
1232         assert(num_idlecores + p->procinfo->num_vcores <= num_cpus); // sanity
1233         spin_unlock(&idle_lock);
1234         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1235         for (int i = 0; i < p->procinfo->num_vcores; i++) {
1236                 // find next active vcore
1237                 active_vcoreid = get_busy_vcoreid(p, active_vcoreid);
1238                 pcoreid = get_pcoreid(p, active_vcoreid);
1239                 if (message) {
1240                         if (pcoreid == core_id())
1241                                 self_ipi_pending = TRUE;
1242                         send_kernel_message(pcoreid, message, arg0, arg1, arg2,
1243                                             KMSG_ROUTINE);
1244                 } else {
1245                         /* if there was a msg, the vcore is unmapped on the receive side.
1246                          * o/w, we need to do it here. */
1247                         __unmap_vcore(p, active_vcoreid);
1248                 }
1249                 // give the pcore back to the idlecoremap
1250                 put_idle_core(pcoreid);
1251                 active_vcoreid++; // for the next loop, skip the one we just used
1252         }
1253         p->procinfo->num_vcores = 0;
1254         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1255         p->resources[RES_CORES].amt_granted = 0;
1256         return self_ipi_pending;
1257 }
1258
1259 /* Helper, to be used when a proc management kmsg should be on its way.  This
1260  * used to also unlock and then handle the message, back when the proc_lock was
1261  * an irqsave, and we had an IPI pending.  Now we use routine kmsgs.  If a msg
1262  * is pending, this needs to decref (to eat the reference of the caller) and
1263  * then process the message.  Unlock before calling this, since you might not
1264  * return.
1265  *
1266  * There should already be a kmsg waiting for us, since when we checked state to
1267  * see a message was coming, the message had already been sent before unlocking.
1268  * Note we do not need interrupts enabled for this to work (you can receive a
1269  * message before its IPI by polling), though in most cases they will be.
1270  *
1271  * TODO: consider inlining this, so __FUNCTION__ works (will require effort in
1272  * core_request(). */
1273 void __proc_kmsg_pending(struct proc *p, bool ipi_pending)
1274 {
1275         if (ipi_pending) {
1276                 kref_put(&p->kref);
1277                 process_routine_kmsg();
1278                 panic("stack-killing kmsg not found in %s!!!", __FUNCTION__);
1279         }
1280 }
1281
1282 /* Helper to do the vcore->pcore and inverse mapping.  Hold the lock when
1283  * calling. */
1284 void __map_vcore(struct proc *p, uint32_t vcoreid, uint32_t pcoreid)
1285 {
1286         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].pcoreid = pcoreid;
1287         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].valid = TRUE;
1288         p->procinfo->pcoremap[pcoreid].vcoreid = vcoreid;
1289         p->procinfo->pcoremap[pcoreid].valid = TRUE;
1290 }
1291
1292 /* Helper to unmap the vcore->pcore and inverse mapping.  Hold the lock when
1293  * calling. */
1294 void __unmap_vcore(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
1295 {
1296         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].valid = FALSE;
1297         p->procinfo->pcoremap[p->procinfo->vcoremap[vcoreid].pcoreid].valid = FALSE;
1298 }
1299
1300 /* Stop running whatever context is on this core, load a known-good cr3, and
1301  * 'idle'.  Note this leaves no trace of what was running. This "leaves the
1302  * process's context. */
1303 void abandon_core(void)
1304 {
1305         if (current)
1306                 __abandon_core();
1307         smp_idle();
1308 }
1309
1310 /* Will send a TLB shootdown message to every vcore in the main address space
1311  * (aka, all vcores for now).  The message will take the start and end virtual
1312  * addresses as well, in case we want to be more clever about how much we
1313  * shootdown and batching our messages.  Should do the sanity about rounding up
1314  * and down in this function too.
1315  *
1316  * Hold the proc_lock before calling this.
1317  *
1318  * Would be nice to have a broadcast kmsg at this point.  Note this may send a
1319  * message to the calling core (interrupting it, possibly while holding the
1320  * proc_lock).  We don't need to process routine messages since it's an
1321  * immediate message. */
1322 void __proc_tlbshootdown(struct proc *p, uintptr_t start, uintptr_t end)
1323 {
1324         uint32_t active_vcoreid = 0;
1325         /* TODO: (TLB) sanity checks and rounding on the ranges */
1326         for (int i = 0; i < p->procinfo->num_vcores; i++) {
1327                 /* find next active vcore */
1328                 active_vcoreid = get_busy_vcoreid(p, active_vcoreid);
1329                 send_kernel_message(get_pcoreid(p, active_vcoreid), __tlbshootdown,
1330                                     (void*)start, (void*)end, 0, KMSG_IMMEDIATE);
1331                 active_vcoreid++; /* for the next loop, skip the one we just used */
1332         }
1333 }
1334
1335 /* Kernel message handler to start a process's context on this core.  Tightly
1336  * coupled with proc_run().  Interrupts are disabled. */
1337 void __startcore(trapframe_t *tf, uint32_t srcid, void *a0, void *a1, void *a2)
1338 {
1339         uint32_t pcoreid = core_id(), vcoreid;
1340         struct proc *p_to_run = (struct proc *CT(1))a0;
1341         struct trapframe local_tf;
1342         struct preempt_data *vcpd;
1343
1344         assert(p_to_run);
1345         /* the sender of the amsg increfed, thinking we weren't running current. */
1346         if (p_to_run == current)
1347                 kref_put(&p_to_run->kref);
1348         vcoreid = get_vcoreid(p_to_run, pcoreid);
1349         vcpd = &p_to_run->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
1350         printd("[kernel] startcore on physical core %d for process %d's vcore %d\n",
1351                pcoreid, p_to_run->pid, vcoreid);
1352
1353         if (seq_is_locked(vcpd->preempt_tf_valid)) {
1354                 __seq_end_write(&vcpd->preempt_tf_valid); /* mark tf as invalid */
1355                 restore_fp_state(&vcpd->preempt_anc);
1356                 /* notif_pending and enabled means the proc wants to receive the IPI,
1357                  * but might have missed it.  copy over the tf so they can restart it
1358                  * later, and give them a fresh vcore. */
1359                 if (vcpd->notif_pending && vcpd->notif_enabled) {
1360                         vcpd->notif_tf = vcpd->preempt_tf; // could memset
1361                         proc_init_trapframe(&local_tf, vcoreid, p_to_run->env_entry,
1362                                             vcpd->transition_stack);
1363                         vcpd->notif_enabled = FALSE;
1364                         vcpd->notif_pending = FALSE;
1365                 } else {
1366                         /* copy-in the tf we'll pop, then set all security-related fields */
1367                         local_tf = vcpd->preempt_tf;
1368                         proc_secure_trapframe(&local_tf);
1369                 }
1370         } else { /* not restarting from a preemption, use a fresh vcore */
1371                 proc_init_trapframe(&local_tf, vcoreid, p_to_run->env_entry,
1372                                     vcpd->transition_stack);
1373                 /* Disable/mask active notifications for fresh vcores */
1374                 vcpd->notif_enabled = FALSE;
1375         }
1376         __proc_startcore(p_to_run, &local_tf); // TODO: (HSS) pass silly state *?
1377 }
1378
1379 /* Bail out if it's the wrong process, or if they no longer want a notif.  Make
1380  * sure that you are passing in a user tf (otherwise, it's a bug).  Try not to
1381  * grab locks or write access to anything that isn't per-core in here. */
1382 void __notify(trapframe_t *tf, uint32_t srcid, void *a0, void *a1, void *a2)
1383 {
1384         struct user_trapframe local_tf;
1385         struct preempt_data *vcpd;
1386         uint32_t vcoreid;
1387         struct proc *p = (struct proc*)a0;
1388
1389         if (p != current)
1390                 return;
1391         assert(!in_kernel(tf));
1392         /* We shouldn't need to lock here, since unmapping happens on the pcore and
1393          * mapping would only happen if the vcore was free, which it isn't until
1394          * after we unmap. */
1395         vcoreid = get_vcoreid(p, core_id());
1396         vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
1397         printd("received active notification for proc %d's vcore %d on pcore %d\n",
1398                p->procinfo->pid, vcoreid, core_id());
1399         /* sort signals.  notifs are now masked, like an interrupt gate */
1400         if (!vcpd->notif_enabled)
1401                 return;
1402         vcpd->notif_enabled = FALSE;
1403         vcpd->notif_pending = FALSE; // no longer pending - it made it here
1404         /* save the old tf in the notify slot, build and pop a new one.  Note that
1405          * silly state isn't our business for a notification. */
1406         // TODO: this is assuming the struct user_tf is the same as a regular TF
1407         vcpd->notif_tf = *tf;
1408         memset(&local_tf, 0, sizeof(local_tf));
1409         proc_init_trapframe(&local_tf, vcoreid, p->env_entry,
1410                             vcpd->transition_stack);
1411         __proc_startcore(p, &local_tf);
1412 }
1413
1414 void __preempt(trapframe_t *tf, uint32_t srcid, void *a0, void *a1, void *a2)
1415 {
1416         struct preempt_data *vcpd;
1417         uint32_t vcoreid, coreid = core_id();
1418         struct proc *p = (struct proc*)a0;
1419
1420         if (p != current)
1421                 panic("__preempt arrived for a process (%p) that was not current (%p)!",
1422                       p, current);
1423         assert(!in_kernel(tf));
1424         /* We shouldn't need to lock here, since unmapping happens on the pcore and
1425          * mapping would only happen if the vcore was free, which it isn't until
1426          * after we unmap. */
1427         vcoreid = get_vcoreid(p, coreid);
1428         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].preempt_served = FALSE;
1429         /* either __preempt or proc_yield() ends the preempt phase. */
1430         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].preempt_pending = 0;
1431         vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
1432         printd("[kernel] received __preempt for proc %d's vcore %d on pcore %d\n",
1433                p->procinfo->pid, vcoreid, core_id());
1434
1435         /* save the old tf in the preempt slot, save the silly state, and signal the
1436          * state is a valid tf.  when it is 'written,' it is valid.  Using the
1437          * seq_ctrs so userspace can tell between different valid versions.  If the
1438          * TF was already valid, it will panic (if CONFIGed that way). */
1439         // TODO: this is assuming the struct user_tf is the same as a regular TF
1440         vcpd->preempt_tf = *tf;
1441         save_fp_state(&vcpd->preempt_anc);
1442         __seq_start_write(&vcpd->preempt_tf_valid);
1443         __unmap_vcore(p, vcoreid);
1444         abandon_core();
1445 }
1446
1447 /* Kernel message handler to clean up the core when a process is dying.
1448  * Note this leaves no trace of what was running.
1449  * It's okay if death comes to a core that's already idling and has no current.
1450  * It could happen if a process decref'd before __proc_startcore could incref. */
1451 void __death(trapframe_t *tf, uint32_t srcid, void *SNT a0, void *SNT a1,
1452              void *SNT a2)
1453 {
1454         uint32_t vcoreid, coreid = core_id();
1455         if (current) {
1456                 vcoreid = get_vcoreid(current, coreid);
1457                 printd("[kernel] death on physical core %d for process %d's vcore %d\n",
1458                        coreid, current->pid, vcoreid);
1459                 __unmap_vcore(current, vcoreid);
1460         }
1461         abandon_core();
1462 }
1463
1464 /* Kernel message handler, usually sent IMMEDIATE, to shoot down virtual
1465  * addresses from a0 to a1. */
1466 void __tlbshootdown(struct trapframe *tf, uint32_t srcid, void *a0, void *a1,
1467                     void *a2)
1468 {
1469         /* TODO: (TLB) something more intelligent with the range */
1470         tlbflush();
1471 }
1472
1473 void print_idlecoremap(void)
1474 {
1475         spin_lock(&idle_lock);
1476         printk("There are %d idle cores.\n", num_idlecores);
1477         for (int i = 0; i < num_idlecores; i++)
1478                 printk("idlecoremap[%d] = %d\n", i, idlecoremap[i]);
1479         spin_unlock(&idle_lock);
1480 }
1481
1482 void print_allpids(void)
1483 {
1484         spin_lock(&pid_hash_lock);
1485         if (hashtable_count(pid_hash)) {
1486                 hashtable_itr_t *phtable_i = hashtable_iterator(pid_hash);
1487                 printk("PID      STATE    \n");
1488                 printk("------------------\n");
1489                 do {
1490                         struct proc *p = hashtable_iterator_value(phtable_i);
1491                         printk("%8d %s\n", hashtable_iterator_key(phtable_i),
1492                                p ? procstate2str(p->state) : "(null)");
1493                 } while (hashtable_iterator_advance(phtable_i));
1494         }
1495         spin_unlock(&pid_hash_lock);
1496 }
1497
1498 void print_proc_info(pid_t pid)
1499 {
1500         int j = 0;
1501         struct proc *p = pid2proc(pid);
1502         if (!p) {
1503                 printk("Bad PID.\n");
1504                 return;
1505         }
1506         spinlock_debug(&p->proc_lock);
1507         //spin_lock(&p->proc_lock); // No locking!!
1508         printk("struct proc: %p\n", p);
1509         printk("PID: %d\n", p->pid);
1510         printk("PPID: %d\n", p->ppid);
1511         printk("State: 0x%08x\n", p->state);
1512         printk("Refcnt: %d\n", atomic_read(&p->kref.refcount) - 1);
1513         printk("Flags: 0x%08x\n", p->env_flags);
1514         printk("CR3(phys): 0x%08x\n", p->env_cr3);
1515         printk("Num Vcores: %d\n", p->procinfo->num_vcores);
1516         printk("Vcoremap:\n");
1517         for (int i = 0; i < p->procinfo->num_vcores; i++) {
1518                 j = get_busy_vcoreid(p, j);
1519                 printk("\tVcore %d: Pcore %d\n", j, get_pcoreid(p, j));
1520                 j++;
1521         }
1522         printk("Resources:\n");
1523         for (int i = 0; i < MAX_NUM_RESOURCES; i++)
1524                 printk("\tRes type: %02d, amt wanted: %08d, amt granted: %08d\n", i,
1525                        p->resources[i].amt_wanted, p->resources[i].amt_granted);
1526         printk("Open Files:\n");
1527         struct files_struct *files = &p->open_files;
1528         spin_lock(&files->lock);
1529         for (int i = 0; i < files->max_files; i++)
1530                 if (files->fd_array[i]) {
1531                         printk("\tFD: %02d, File: %08p, File name: %s\n", i,
1532                                files->fd_array[i], file_name(files->fd_array[i]));
1533                 }
1534         spin_unlock(&files->lock);
1535         /* No one cares, and it clutters the terminal */
1536         //printk("Vcore 0's Last Trapframe:\n");
1537         //print_trapframe(&p->env_tf);
1538         /* no locking / unlocking or refcnting */
1539         // spin_unlock(&p->proc_lock);
1540         kref_put(&p->kref);
1541 }