Rename KMALLOC_* -> MEM_* [2/2]
[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 #include <event.h>
6 #include <arch/arch.h>
7 #include <bitmask.h>
8 #include <process.h>
9 #include <atomic.h>
10 #include <smp.h>
11 #include <pmap.h>
12 #include <trap.h>
13 #include <umem.h>
14 #include <schedule.h>
15 #include <manager.h>
16 #include <stdio.h>
17 #include <assert.h>
18 #include <time.h>
19 #include <hashtable.h>
20 #include <slab.h>
21 #include <sys/queue.h>
22 #include <frontend.h>
23 #include <monitor.h>
24 #include <elf.h>
25 #include <arsc_server.h>
26 #include <devfs.h>
27 #include <kmalloc.h>
28 #include <ros/procinfo.h>
29
30 struct kmem_cache *proc_cache;
31
32 /* Other helpers, implemented later. */
33 static bool is_mapped_vcore(struct proc *p, uint32_t pcoreid);
34 static uint32_t get_vcoreid(struct proc *p, uint32_t pcoreid);
35 static uint32_t try_get_pcoreid(struct proc *p, uint32_t vcoreid);
36 static uint32_t get_pcoreid(struct proc *p, uint32_t vcoreid);
37 static void __proc_free(struct kref *kref);
38 static bool scp_is_vcctx_ready(struct preempt_data *vcpd);
39 static void save_vc_fp_state(struct preempt_data *vcpd);
40 static void restore_vc_fp_state(struct preempt_data *vcpd);
41
42 /* PID management. */
43 #define PID_MAX 32767 // goes from 0 to 32767, with 0 reserved
44 static DECL_BITMASK(pid_bmask, PID_MAX + 1);
45 spinlock_t pid_bmask_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
46 struct hashtable *pid_hash;
47 spinlock_t pid_hash_lock; // initialized in proc_init
48
49 /* Finds the next free entry (zero) entry in the pid_bitmask.  Set means busy.
50  * PID 0 is reserved (in proc_init).  A return value of 0 is a failure (and
51  * you'll also see a warning, for now).  Consider doing this with atomics. */
52 static pid_t get_free_pid(void)
53 {
54         static pid_t next_free_pid = 1;
55         pid_t my_pid = 0;
56
57         spin_lock(&pid_bmask_lock);
58         // atomically (can lock for now, then change to atomic_and_return
59         FOR_CIRC_BUFFER(next_free_pid, PID_MAX + 1, i) {
60                 // always points to the next to test
61                 next_free_pid = (next_free_pid + 1) % (PID_MAX + 1);
62                 if (!GET_BITMASK_BIT(pid_bmask, i)) {
63                         SET_BITMASK_BIT(pid_bmask, i);
64                         my_pid = i;
65                         break;
66                 }
67         }
68         spin_unlock(&pid_bmask_lock);
69         if (!my_pid)
70                 warn("Shazbot!  Unable to find a PID!  You need to deal with this!\n");
71         return my_pid;
72 }
73
74 /* Return a pid to the pid bitmask */
75 static void put_free_pid(pid_t pid)
76 {
77         spin_lock(&pid_bmask_lock);
78         CLR_BITMASK_BIT(pid_bmask, pid);
79         spin_unlock(&pid_bmask_lock);
80 }
81
82 /* 'resume' is the time int ticks of the most recent onlining.  'total' is the
83  * amount of time in ticks consumed up to and including the current offlining.
84  *
85  * We could move these to the map and unmap of vcores, though not every place
86  * uses that (SCPs, in particular).  However, maps/unmaps happen remotely;
87  * something to consider.  If we do it remotely, we can batch them up and do one
88  * rdtsc() for all of them.  For now, I want to do them on the core, around when
89  * we do the context change.  It'll also parallelize the accounting a bit. */
90 void vcore_account_online(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
91 {
92         struct vcore *vc = &p->procinfo->vcoremap[vcoreid];
93         vc->resume_ticks = read_tsc();
94 }
95
96 void vcore_account_offline(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
97 {
98         struct vcore *vc = &p->procinfo->vcoremap[vcoreid];
99         vc->total_ticks += read_tsc() - vc->resume_ticks;
100 }
101
102 uint64_t vcore_account_gettotal(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
103 {
104         struct vcore *vc = &p->procinfo->vcoremap[vcoreid];
105         return vc->total_ticks;
106 }
107
108 /* While this could be done with just an assignment, this gives us the
109  * opportunity to check for bad transitions.  Might compile these out later, so
110  * we shouldn't rely on them for sanity checking from userspace.  */
111 int __proc_set_state(struct proc *p, uint32_t state)
112 {
113         uint32_t curstate = p->state;
114         /* Valid transitions:
115          * C   -> RBS
116          * C   -> D
117          * RBS -> RGS
118          * RGS -> RBS
119          * RGS -> W
120          * RGM -> W
121          * W   -> RBS
122          * W   -> RGS
123          * W   -> RBM
124          * W   -> D
125          * RGS -> RBM
126          * RBM -> RGM
127          * RGM -> RBM
128          * RGM -> RBS
129          * RGS -> D
130          * RGM -> D
131          *
132          * These ought to be implemented later (allowed, not thought through yet).
133          * RBS -> D
134          * RBM -> D
135          */
136         #if 1 // some sort of correctness flag
137         switch (curstate) {
138                 case PROC_CREATED:
139                         if (!(state & (PROC_RUNNABLE_S | PROC_DYING)))
140                                 panic("Invalid State Transition! PROC_CREATED to %02x", state);
141                         break;
142                 case PROC_RUNNABLE_S:
143                         if (!(state & (PROC_RUNNING_S | PROC_DYING)))
144                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNABLE_S to %02x", state);
145                         break;
146                 case PROC_RUNNING_S:
147                         if (!(state & (PROC_RUNNABLE_S | PROC_RUNNABLE_M | PROC_WAITING |
148                                        PROC_DYING)))
149                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNING_S to %02x", state);
150                         break;
151                 case PROC_WAITING:
152                         if (!(state & (PROC_RUNNABLE_S | PROC_RUNNING_S | PROC_RUNNABLE_M |
153                                        PROC_DYING)))
154                                 panic("Invalid State Transition! PROC_WAITING to %02x", state);
155                         break;
156                 case PROC_DYING:
157                         if (state != PROC_CREATED) // when it is reused (TODO)
158                                 panic("Invalid State Transition! PROC_DYING to %02x", state);
159                         break;
160                 case PROC_RUNNABLE_M:
161                         if (!(state & (PROC_RUNNING_M | PROC_DYING)))
162                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNABLE_M to %02x", state);
163                         break;
164                 case PROC_RUNNING_M:
165                         if (!(state & (PROC_RUNNABLE_S | PROC_RUNNABLE_M | PROC_WAITING |
166                                        PROC_DYING)))
167                                 panic("Invalid State Transition! PROC_RUNNING_M to %02x", state);
168                         break;
169         }
170         #endif
171         p->state = state;
172         return 0;
173 }
174
175 /* Returns a pointer to the proc with the given pid, or 0 if there is none.
176  * This uses get_not_zero, since it is possible the refcnt is 0, which means the
177  * process is dying and we should not have the ref (and thus return 0).  We need
178  * to lock to protect us from getting p, (someone else removes and frees p),
179  * then get_not_zero() on p.
180  * Don't push the locking into the hashtable without dealing with this. */
181 struct proc *pid2proc(pid_t pid)
182 {
183         spin_lock(&pid_hash_lock);
184         struct proc *p = hashtable_search(pid_hash, (void*)(long)pid);
185         if (p)
186                 if (!kref_get_not_zero(&p->p_kref, 1))
187                         p = 0;
188         spin_unlock(&pid_hash_lock);
189         return p;
190 }
191
192 /* Used by devproc for successive reads of the proc table.
193  * Returns a pointer to the nth proc, or 0 if there is none.
194  * This uses get_not_zero, since it is possible the refcnt is 0, which means the
195  * process is dying and we should not have the ref (and thus return 0).  We need
196  * to lock to protect us from getting p, (someone else removes and frees p),
197  * then get_not_zero() on p.
198  * Don't push the locking into the hashtable without dealing with this. */
199 struct proc *pid_nth(unsigned int n)
200 {
201         struct proc *p;
202         spin_lock(&pid_hash_lock);
203         if (!hashtable_count(pid_hash)) {
204                 spin_unlock(&pid_hash_lock);
205                 return NULL;
206         }
207         struct hashtable_itr *iter = hashtable_iterator(pid_hash);
208         p = hashtable_iterator_value(iter);
209
210         while (p) {
211                 /* if this process is not valid, it doesn't count,
212                  * so continue
213                  */
214
215                 if (kref_get_not_zero(&p->p_kref, 1)) {
216                         /* this one counts */
217                         if (! n){
218                                 printd("pid_nth: at end, p %p\n", p);
219                                 break;
220                         }
221                         kref_put(&p->p_kref);
222                         n--;
223                 }
224                 if (!hashtable_iterator_advance(iter)) {
225                         p = NULL;
226                         break;
227                 }
228                 p = hashtable_iterator_value(iter);
229         }
230
231         spin_unlock(&pid_hash_lock);
232         kfree(iter);
233         return p;
234 }
235
236 /* Performs any initialization related to processes, such as create the proc
237  * cache, prep the scheduler, etc.  When this returns, we should be ready to use
238  * any process related function. */
239 void proc_init(void)
240 {
241         /* Catch issues with the vcoremap and TAILQ_ENTRY sizes */
242         static_assert(sizeof(TAILQ_ENTRY(vcore)) == sizeof(void*) * 2);
243         proc_cache = kmem_cache_create("proc", sizeof(struct proc),
244                      MAX(ARCH_CL_SIZE, __alignof__(struct proc)), 0, 0, 0);
245         /* Init PID mask and hash.  pid 0 is reserved. */
246         SET_BITMASK_BIT(pid_bmask, 0);
247         spinlock_init(&pid_hash_lock);
248         spin_lock(&pid_hash_lock);
249         pid_hash = create_hashtable(100, __generic_hash, __generic_eq);
250         spin_unlock(&pid_hash_lock);
251         schedule_init();
252
253         atomic_init(&num_envs, 0);
254 }
255
256 void proc_set_progname(struct proc *p, char *name)
257 {
258         if (name == NULL)
259                 name = DEFAULT_PROGNAME;
260
261         /* might have an issue if a dentry name isn't null terminated, and we'd get
262          * extra junk up to progname_sz. Or crash. */
263         strlcpy(p->progname, name, PROC_PROGNAME_SZ);
264 }
265
266 void proc_replace_binary_path(struct proc *p, char *path)
267 {
268         if (p->binary_path)
269                 free_path(p, p->binary_path);
270         p->binary_path = path;
271 }
272
273 /* Be sure you init'd the vcore lists before calling this. */
274 void proc_init_procinfo(struct proc* p)
275 {
276         p->procinfo->pid = p->pid;
277         p->procinfo->ppid = p->ppid;
278         p->procinfo->max_vcores = max_vcores(p);
279         p->procinfo->tsc_freq = __proc_global_info.tsc_freq;
280         p->procinfo->timing_overhead = __proc_global_info.tsc_overhead;
281         p->procinfo->heap_bottom = 0;
282         /* 0'ing the arguments.  Some higher function will need to set them */
283         memset(p->procinfo->res_grant, 0, sizeof(p->procinfo->res_grant));
284         /* 0'ing the vcore/pcore map.  Will link the vcores later. */
285         memset(&p->procinfo->vcoremap, 0, sizeof(p->procinfo->vcoremap));
286         memset(&p->procinfo->pcoremap, 0, sizeof(p->procinfo->pcoremap));
287         p->procinfo->num_vcores = 0;
288         p->procinfo->is_mcp = FALSE;
289         p->procinfo->coremap_seqctr = SEQCTR_INITIALIZER;
290         /* It's a bug in the kernel if we let them ask for more than max */
291         for (int i = 0; i < p->procinfo->max_vcores; i++) {
292                 TAILQ_INSERT_TAIL(&p->inactive_vcs, &p->procinfo->vcoremap[i], list);
293         }
294 }
295
296 void proc_init_procdata(struct proc *p)
297 {
298         memset(p->procdata, 0, sizeof(struct procdata));
299         /* processes can't go into vc context on vc 0 til they unset this.  This is
300          * for processes that block before initing uthread code (like rtld). */
301         atomic_set(&p->procdata->vcore_preempt_data[0].flags, VC_SCP_NOVCCTX);
302 }
303
304 /* Allocates and initializes a process, with the given parent.  Currently
305  * writes the *p into **pp, and returns 0 on success, < 0 for an error.
306  * Errors include:
307  *  - ENOFREEPID if it can't get a PID
308  *  - ENOMEM on memory exhaustion */
309 error_t proc_alloc(struct proc **pp, struct proc *parent, int flags)
310 {
311         error_t r;
312         struct proc *p;
313
314         if (!(p = kmem_cache_alloc(proc_cache, 0)))
315                 return -ENOMEM;
316         /* zero everything by default, other specific items are set below */
317         memset(p, 0, sizeof(*p));
318
319         /* only one ref, which we pass back.  the old 'existence' ref is managed by
320          * the ksched */
321         kref_init(&p->p_kref, __proc_free, 1);
322         // Setup the default map of where to get cache colors from
323         p->cache_colors_map = global_cache_colors_map;
324         p->next_cache_color = 0;
325         /* Initialize the address space */
326         if ((r = env_setup_vm(p)) < 0) {
327                 kmem_cache_free(proc_cache, p);
328                 return r;
329         }
330         if (!(p->pid = get_free_pid())) {
331                 kmem_cache_free(proc_cache, p);
332                 return -ENOFREEPID;
333         }
334         if (parent && parent->binary_path)
335                 kstrdup(&p->binary_path, parent->binary_path);
336         /* Set the basic status variables. */
337         spinlock_init(&p->proc_lock);
338         p->exitcode = 1337;     /* so we can see processes killed by the kernel */
339         if (parent) {
340                 p->ppid = parent->pid;
341                 proc_incref(p, 1);      /* storing a ref in the parent */
342                 /* using the CV's lock to protect anything related to child waiting */
343                 cv_lock(&parent->child_wait);
344                 TAILQ_INSERT_TAIL(&parent->children, p, sibling_link);
345                 cv_unlock(&parent->child_wait);
346         } else {
347                 p->ppid = 0;
348         }
349         TAILQ_INIT(&p->children);
350         cv_init(&p->child_wait);
351         p->state = PROC_CREATED; /* shouldn't go through state machine for init */
352         p->env_flags = 0;
353         p->heap_top = 0;
354         spinlock_init(&p->vmr_lock);
355         spinlock_init(&p->pte_lock);
356         TAILQ_INIT(&p->vm_regions); /* could init this in the slab */
357         p->vmr_history = 0;
358         /* Initialize the vcore lists, we'll build the inactive list so that it
359          * includes all vcores when we initialize procinfo.  Do this before initing
360          * procinfo. */
361         TAILQ_INIT(&p->online_vcs);
362         TAILQ_INIT(&p->bulk_preempted_vcs);
363         TAILQ_INIT(&p->inactive_vcs);
364         /* Init procinfo/procdata.  Procinfo's argp/argb are 0'd */
365         proc_init_procinfo(p);
366         proc_init_procdata(p);
367
368         /* Initialize the generic sysevent ring buffer */
369         SHARED_RING_INIT(&p->procdata->syseventring);
370         /* Initialize the frontend of the sysevent ring buffer */
371         FRONT_RING_INIT(&p->syseventfrontring,
372                         &p->procdata->syseventring,
373                         SYSEVENTRINGSIZE);
374
375         /* Init FS structures TODO: cleanup (might pull this out) */
376         kref_get(&default_ns.kref, 1);
377         p->ns = &default_ns;
378         spinlock_init(&p->fs_env.lock);
379         p->fs_env.umask = parent ? parent->fs_env.umask : S_IWGRP | S_IWOTH;
380         p->fs_env.root = p->ns->root->mnt_root;
381         kref_get(&p->fs_env.root->d_kref, 1);
382         p->fs_env.pwd = parent ? parent->fs_env.pwd : p->fs_env.root;
383         kref_get(&p->fs_env.pwd->d_kref, 1);
384         memset(&p->open_files, 0, sizeof(p->open_files));       /* slightly ghetto */
385         spinlock_init(&p->open_files.lock);
386         p->open_files.max_files = NR_OPEN_FILES_DEFAULT;
387         p->open_files.max_fdset = NR_FILE_DESC_DEFAULT;
388         p->open_files.fd = p->open_files.fd_array;
389         p->open_files.open_fds = (struct fd_set*)&p->open_files.open_fds_init;
390         if (parent) {
391                 if (flags & PROC_DUP_FGRP)
392                         clone_fdt(&parent->open_files, &p->open_files);
393         } else {
394                 /* no parent, we're created from the kernel */
395                 int fd;
396                 fd = insert_file(&p->open_files, dev_stdin,  0, TRUE, FALSE);
397                 assert(fd == 0);
398                 fd = insert_file(&p->open_files, dev_stdout, 1, TRUE, FALSE);
399                 assert(fd == 1);
400                 fd = insert_file(&p->open_files, dev_stderr, 2, TRUE, FALSE);
401                 assert(fd == 2);
402         }
403         /* Init the ucq hash lock */
404         p->ucq_hashlock = (struct hashlock*)&p->ucq_hl_noref;
405         hashlock_init_irqsave(p->ucq_hashlock, HASHLOCK_DEFAULT_SZ);
406
407         atomic_inc(&num_envs);
408         frontend_proc_init(p);
409         plan9setup(p, parent, flags);
410         devalarm_init(p);
411         TAILQ_INIT(&p->abortable_sleepers);
412         spinlock_init_irqsave(&p->abort_list_lock);
413         memset(&p->vmm, 0, sizeof(struct vmm));
414         spinlock_init(&p->vmm.lock);
415         qlock_init(&p->vmm.qlock);
416         printd("[%08x] new process %08x\n", current ? current->pid : 0, p->pid);
417         *pp = p;
418         return 0;
419 }
420
421 /* We have a bunch of different ways to make processes.  Call this once the
422  * process is ready to be used by the rest of the system.  For now, this just
423  * means when it is ready to be named via the pidhash.  In the future, we might
424  * push setting the state to CREATED into here. */
425 void __proc_ready(struct proc *p)
426 {
427         /* Tell the ksched about us.  TODO: do we need to worry about the ksched
428          * doing stuff to us before we're added to the pid_hash? */
429         __sched_proc_register(p);
430         spin_lock(&pid_hash_lock);
431         hashtable_insert(pid_hash, (void*)(long)p->pid, p);
432         spin_unlock(&pid_hash_lock);
433 }
434
435 /* Creates a process from the specified file, argvs, and envps. */
436 struct proc *proc_create(struct file *prog, char **argv, char **envp)
437 {
438         struct proc *p;
439         error_t r;
440         if ((r = proc_alloc(&p, current, 0 /* flags */)) < 0)
441                 panic("proc_create: %d", r);
442         int argc = 0, envc = 0;
443         if(argv) while(argv[argc]) argc++;
444         if(envp) while(envp[envc]) envc++;
445         proc_set_progname(p, argc ? argv[0] : NULL);
446         assert(load_elf(p, prog, argc, argv, envc, envp) == 0);
447         __proc_ready(p);
448         return p;
449 }
450
451 static int __cb_assert_no_pg(struct proc *p, pte_t pte, void *va, void *arg)
452 {
453         assert(pte_is_unmapped(pte));
454         return 0;
455 }
456
457 /* This is called by kref_put(), once the last reference to the process is
458  * gone.  Don't call this otherwise (it will panic).  It will clean up the
459  * address space and deallocate any other used memory. */
460 static void __proc_free(struct kref *kref)
461 {
462         struct proc *p = container_of(kref, struct proc, p_kref);
463         void *hash_ret;
464         physaddr_t pa;
465
466         printd("[PID %d] freeing proc: %d\n", current ? current->pid : 0, p->pid);
467         // All parts of the kernel should have decref'd before __proc_free is called
468         assert(kref_refcnt(&p->p_kref) == 0);
469         assert(TAILQ_EMPTY(&p->alarmset.list));
470
471         if (p->strace) {
472                 kref_put(&p->strace->procs);
473                 kref_put(&p->strace->users);
474         }
475         __vmm_struct_cleanup(p);
476         p->progname[0] = 0;
477         free_path(p, p->binary_path);
478         cclose(p->dot);
479         cclose(p->slash);
480         p->dot = p->slash = 0; /* catch bugs */
481         kref_put(&p->fs_env.root->d_kref);
482         kref_put(&p->fs_env.pwd->d_kref);
483         /* now we'll finally decref files for the file-backed vmrs */
484         unmap_and_destroy_vmrs(p);
485         frontend_proc_free(p);  /* TODO: please remove me one day */
486         /* Free any colors allocated to this process */
487         if (p->cache_colors_map != global_cache_colors_map) {
488                 for(int i = 0; i < llc_cache->num_colors; i++)
489                         cache_color_free(llc_cache, p->cache_colors_map);
490                 cache_colors_map_free(p->cache_colors_map);
491         }
492         /* Remove us from the pid_hash and give our PID back (in that order). */
493         spin_lock(&pid_hash_lock);
494         hash_ret = hashtable_remove(pid_hash, (void*)(long)p->pid);
495         spin_unlock(&pid_hash_lock);
496         /* might not be in the hash/ready, if we failed during proc creation */
497         if (hash_ret)
498                 put_free_pid(p->pid);
499         else
500                 printd("[kernel] pid %d not in the PID hash in %s\n", p->pid,
501                        __FUNCTION__);
502         /* all memory below UMAPTOP should have been freed via the VMRs.  the stuff
503          * above is the global page and procinfo/procdata */
504         env_user_mem_free(p, (void*)UMAPTOP, UVPT - UMAPTOP); /* 3rd arg = len... */
505         env_user_mem_walk(p, 0, UMAPTOP, __cb_assert_no_pg, 0);
506         /* These need to be freed again, since they were allocated with a refcnt. */
507         free_cont_pages(p->procinfo, LOG2_UP(PROCINFO_NUM_PAGES));
508         free_cont_pages(p->procdata, LOG2_UP(PROCDATA_NUM_PAGES));
509
510         env_pagetable_free(p);
511         arch_pgdir_clear(&p->env_pgdir);
512         p->env_cr3 = 0;
513
514         atomic_dec(&num_envs);
515
516         /* Dealloc the struct proc */
517         kmem_cache_free(proc_cache, p);
518 }
519
520 /* Whether or not actor can control target.  TODO: do something reasonable here.
521  * Just checking for the parent is a bit limiting.  Could walk the parent-child
522  * tree, check user ids, or some combination.  Make sure actors can always
523  * control themselves. */
524 bool proc_controls(struct proc *actor, struct proc *target)
525 {
526         return TRUE;
527         #if 0 /* Example: */
528         return ((actor == target) || (target->ppid == actor->pid));
529         #endif
530 }
531
532 /* Helper to incref by val.  Using the helper to help debug/interpose on proc
533  * ref counting.  Note that pid2proc doesn't use this interface. */
534 void proc_incref(struct proc *p, unsigned int val)
535 {
536         kref_get(&p->p_kref, val);
537 }
538
539 /* Helper to decref for debugging.  Don't directly kref_put() for now. */
540 void proc_decref(struct proc *p)
541 {
542         kref_put(&p->p_kref);
543 }
544
545 /* Helper, makes p the 'current' process, dropping the old current/cr3.  This no
546  * longer assumes the passed in reference already counted 'current'.  It will
547  * incref internally when needed. */
548 static void __set_proc_current(struct proc *p)
549 {
550         /* We use the pcpui to access 'current' to cut down on the core_id() calls,
551          * though who know how expensive/painful they are. */
552         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
553         /* If the process wasn't here, then we need to load its address space. */
554         if (p != pcpui->cur_proc) {
555                 proc_incref(p, 1);
556                 lcr3(p->env_cr3);
557                 /* This is "leaving the process context" of the previous proc.  The
558                  * previous lcr3 unloaded the previous proc's context.  This should
559                  * rarely happen, since we usually proactively leave process context,
560                  * but this is the fallback. */
561                 if (pcpui->cur_proc)
562                         proc_decref(pcpui->cur_proc);
563                 pcpui->cur_proc = p;
564         }
565 }
566
567 /* Flag says if vcore context is not ready, which is set in init_procdata.  The
568  * process must turn off this flag on vcore0 at some point.  It's off by default
569  * on all other vcores. */
570 static bool scp_is_vcctx_ready(struct preempt_data *vcpd)
571 {
572         return !(atomic_read(&vcpd->flags) & VC_SCP_NOVCCTX);
573 }
574
575 /* Dispatches a _S process to run on the current core.  This should never be
576  * called to "restart" a core.
577  *
578  * This will always return, regardless of whether or not the calling core is
579  * being given to a process. (it used to pop the tf directly, before we had
580  * cur_ctx).
581  *
582  * Since it always returns, it will never "eat" your reference (old
583  * documentation talks about this a bit). */
584 void proc_run_s(struct proc *p)
585 {
586         uint32_t coreid = core_id();
587         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
588         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
589         spin_lock(&p->proc_lock);
590         switch (p->state) {
591                 case (PROC_DYING):
592                         spin_unlock(&p->proc_lock);
593                         printk("[kernel] _S %d not starting due to async death\n", p->pid);
594                         return;
595                 case (PROC_RUNNABLE_S):
596                         __proc_set_state(p, PROC_RUNNING_S);
597                         /* SCPs don't have full vcores, but they act like they have vcore 0.
598                          * We map the vcore, since we will want to know where this process
599                          * is running, even if it is only in RUNNING_S.  We can use the
600                          * vcoremap, which makes death easy.  num_vcores is still 0, and we
601                          * do account the time online and offline. */
602                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
603                         p->procinfo->num_vcores = 0;
604                         __map_vcore(p, 0, coreid);
605                         vcore_account_online(p, 0);
606                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
607                         /* incref, since we're saving a reference in owning proc later */
608                         proc_incref(p, 1);
609                         /* lock was protecting the state and VC mapping, not pcpui stuff */
610                         spin_unlock(&p->proc_lock);
611                         /* redundant with proc_startcore, might be able to remove that one*/
612                         __set_proc_current(p);
613                         /* set us up as owning_proc.  ksched bug if there is already one,
614                          * for now.  can simply clear_owning if we want to. */
615                         assert(!pcpui->owning_proc);
616                         pcpui->owning_proc = p;
617                         pcpui->owning_vcoreid = 0;
618                         restore_vc_fp_state(vcpd);
619                         /* similar to the old __startcore, start them in vcore context if
620                          * they have notifs and aren't already in vcore context.  o/w, start
621                          * them wherever they were before (could be either vc ctx or not) */
622                         if (!vcpd->notif_disabled && vcpd->notif_pending
623                                                   && scp_is_vcctx_ready(vcpd)) {
624                                 vcpd->notif_disabled = TRUE;
625                                 /* save the _S's ctx in the uthread slot, build and pop a new
626                                  * one in actual/cur_ctx. */
627                                 vcpd->uthread_ctx = p->scp_ctx;
628                                 pcpui->cur_ctx = &pcpui->actual_ctx;
629                                 memset(pcpui->cur_ctx, 0, sizeof(struct user_context));
630                                 proc_init_ctx(pcpui->cur_ctx, 0, vcpd->vcore_entry,
631                                               vcpd->vcore_stack, vcpd->vcore_tls_desc);
632                         } else {
633                                 /* If they have no transition stack, then they can't receive
634                                  * events.  The most they are getting is a wakeup from the
635                                  * kernel.  They won't even turn off notif_pending, so we'll do
636                                  * that for them. */
637                                 if (!scp_is_vcctx_ready(vcpd))
638                                         vcpd->notif_pending = FALSE;
639                                 /* this is one of the few times cur_ctx != &actual_ctx */
640                                 pcpui->cur_ctx = &p->scp_ctx;
641                         }
642                         /* When the calling core idles, it'll call restartcore and run the
643                          * _S process's context. */
644                         return;
645                 default:
646                         spin_unlock(&p->proc_lock);
647                         panic("Invalid process state %p in %s()!!", p->state, __FUNCTION__);
648         }
649 }
650
651 /* Helper: sends preempt messages to all vcores on the bulk preempt list, and
652  * moves them to the inactive list. */
653 static void __send_bulkp_events(struct proc *p)
654 {
655         struct vcore *vc_i, *vc_temp;
656         struct event_msg preempt_msg = {0};
657         /* Whenever we send msgs with the proc locked, we need at least 1 online */
658         assert(!TAILQ_EMPTY(&p->online_vcs));
659         /* Send preempt messages for any left on the BP list.  No need to set any
660          * flags, it all was done on the real preempt.  Now we're just telling the
661          * process about any that didn't get restarted and are still preempted. */
662         TAILQ_FOREACH_SAFE(vc_i, &p->bulk_preempted_vcs, list, vc_temp) {
663                 /* Note that if there are no active vcores, send_k_e will post to our
664                  * own vcore, the last of which will be put on the inactive list and be
665                  * the first to be started.  We could have issues with deadlocking,
666                  * since send_k_e() could grab the proclock (if there are no active
667                  * vcores) */
668                 preempt_msg.ev_type = EV_VCORE_PREEMPT;
669                 preempt_msg.ev_arg2 = vcore2vcoreid(p, vc_i);   /* arg2 is 32 bits */
670                 send_kernel_event(p, &preempt_msg, 0);
671                 /* TODO: we may want a TAILQ_CONCAT_HEAD, or something that does that.
672                  * We need a loop for the messages, but not necessarily for the list
673                  * changes.  */
674                 TAILQ_REMOVE(&p->bulk_preempted_vcs, vc_i, list);
675                 TAILQ_INSERT_HEAD(&p->inactive_vcs, vc_i, list);
676         }
677 }
678
679 /* Run an _M.  Can be called safely on one that is already running.  Hold the
680  * lock before calling.  Other than state checks, this just starts up the _M's
681  * vcores, much like the second part of give_cores_running.  More specifically,
682  * give_cores_runnable puts cores on the online list, which this then sends
683  * messages to.  give_cores_running immediately puts them on the list and sends
684  * the message.  the two-step style may go out of fashion soon.
685  *
686  * This expects that the "instructions" for which core(s) to run this on will be
687  * in the vcoremap, which needs to be set externally (give_cores()). */
688 void __proc_run_m(struct proc *p)
689 {
690         struct vcore *vc_i;
691         switch (p->state) {
692                 case (PROC_WAITING):
693                 case (PROC_DYING):
694                         warn("ksched tried to run proc %d in state %s\n", p->pid,
695                              procstate2str(p->state));
696                         return;
697                 case (PROC_RUNNABLE_M):
698                         /* vcoremap[i] holds the coreid of the physical core allocated to
699                          * this process.  It is set outside proc_run. */
700                         if (p->procinfo->num_vcores) {
701                                 __send_bulkp_events(p);
702                                 __proc_set_state(p, PROC_RUNNING_M);
703                                 /* Up the refcnt, to avoid the n refcnt upping on the
704                                  * destination cores.  Keep in sync with __startcore */
705                                 proc_incref(p, p->procinfo->num_vcores * 2);
706                                 /* Send kernel messages to all online vcores (which were added
707                                  * to the list and mapped in __proc_give_cores()), making them
708                                  * turn online */
709                                 TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list) {
710                                         send_kernel_message(vc_i->pcoreid, __startcore, (long)p,
711                                                             (long)vcore2vcoreid(p, vc_i),
712                                                             (long)vc_i->nr_preempts_sent,
713                                                             KMSG_ROUTINE);
714                                 }
715                         } else {
716                                 warn("Tried to proc_run() an _M with no vcores!");
717                         }
718                         /* There a subtle race avoidance here (when we unlock after sending
719                          * the message).  __proc_startcore can handle a death message, but
720                          * we can't have the startcore come after the death message.
721                          * Otherwise, it would look like a new process.  So we hold the lock
722                          * til after we send our message, which prevents a possible death
723                          * message.
724                          * - Note there is no guarantee this core's interrupts were on, so
725                          *   it may not get the message for a while... */
726                         return;
727                 case (PROC_RUNNING_M):
728                         return;
729                 default:
730                         /* unlock just so the monitor can call something that might lock*/
731                         spin_unlock(&p->proc_lock);
732                         panic("Invalid process state %p in %s()!!", p->state, __FUNCTION__);
733         }
734 }
735
736 /* You must disable IRQs and PRKM before calling this.
737  *
738  * Actually runs the given context (trapframe) of process p on the core this
739  * code executes on.  This is called directly by __startcore, which needs to
740  * bypass the routine_kmsg check.  Interrupts should be off when you call this.
741  *
742  * A note on refcnting: this function will not return, and your proc reference
743  * will end up stored in current.  This will make no changes to p's refcnt, so
744  * do your accounting such that there is only the +1 for current.  This means if
745  * it is already in current (like in the trap return path), don't up it.  If
746  * it's already in current and you have another reference (like pid2proc or from
747  * an IPI), then down it (which is what happens in __startcore()).  If it's not
748  * in current and you have one reference, like proc_run(non_current_p), then
749  * also do nothing.  The refcnt for your *p will count for the reference stored
750  * in current. */
751 void __proc_startcore(struct proc *p, struct user_context *ctx)
752 {
753         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
754         assert(!irq_is_enabled());
755         /* Should never have ktask still set.  If we do, future syscalls could try
756          * to block later and lose track of our address space. */
757         assert(!is_ktask(pcpui->cur_kthread));
758         __set_proc_current(p);
759         __set_cpu_state(pcpui, CPU_STATE_USER);
760         proc_pop_ctx(ctx);
761 }
762
763 /* Restarts/runs the current_ctx, which must be for the current process, on the
764  * core this code executes on.  Calls an internal function to do the work.
765  *
766  * In case there are pending routine messages, like __death, __preempt, or
767  * __notify, we need to run them.  Alternatively, if there are any, we could
768  * self_ipi, and run the messages immediately after popping back to userspace,
769  * but that would have crappy overhead. */
770 void proc_restartcore(void)
771 {
772         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
773
774         assert(!pcpui->cur_kthread->sysc);
775         process_routine_kmsg();
776         /* If there is no owning process, just idle, since we don't know what to do.
777          * This could be because the process had been restarted a long time ago and
778          * has since left the core, or due to a KMSG like __preempt or __death. */
779         if (!pcpui->owning_proc) {
780                 abandon_core();
781                 smp_idle();
782         }
783         assert(pcpui->cur_ctx);
784         __proc_startcore(pcpui->owning_proc, pcpui->cur_ctx);
785 }
786
787 /* Destroys the process.  It will destroy the process and return any cores
788  * to the ksched via the __sched_proc_destroy() CB.
789  *
790  * Here's the way process death works:
791  * 0. grab the lock (protects state transition and core map)
792  * 1. set state to dying.  that keeps the kernel from doing anything for the
793  * process (like proc_running it).
794  * 2. figure out where the process is running (cross-core/async or RUNNING_M)
795  * 3. IPI to clean up those cores (decref, etc).
796  * 4. Unlock
797  * 5. Clean up your core, if applicable
798  * (Last core/kernel thread to decref cleans up and deallocates resources.)
799  *
800  * Note that some cores can be processing async calls, but will eventually
801  * decref.  Should think about this more, like some sort of callback/revocation.
802  *
803  * This function will now always return (it used to not return if the calling
804  * core was dying).  However, when it returns, a kernel message will eventually
805  * come in, making you abandon_core, as if you weren't running.  It may be that
806  * the only reference to p is the one you passed in, and when you decref, it'll
807  * get __proc_free()d. */
808 void proc_destroy(struct proc *p)
809 {
810         uint32_t nr_cores_revoked = 0;
811         struct kthread *sleeper;
812         struct proc *child_i, *temp;
813
814         spin_lock(&p->proc_lock);
815         /* storage for pc_arr is alloced at decl, which is after grabbing the lock*/
816         uint32_t pc_arr[p->procinfo->num_vcores];
817         switch (p->state) {
818                 case PROC_DYING: /* someone else killed this already. */
819                         spin_unlock(&p->proc_lock);
820                         return;
821                 case PROC_CREATED:
822                 case PROC_RUNNABLE_S:
823                 case PROC_WAITING:
824                         break;
825                 case PROC_RUNNABLE_M:
826                 case PROC_RUNNING_M:
827                         /* Need to reclaim any cores this proc might have, even if it's not
828                          * running yet.  Those running will receive a __death */
829                         nr_cores_revoked = __proc_take_allcores(p, pc_arr, FALSE);
830                         break;
831                 case PROC_RUNNING_S:
832                         #if 0
833                         // here's how to do it manually
834                         if (current == p) {
835                                 lcr3(boot_cr3);
836                                 proc_decref(p);         /* this decref is for the cr3 */
837                                 current = NULL;
838                         }
839                         #endif
840                         send_kernel_message(get_pcoreid(p, 0), __death, 0, 0, 0,
841                                             KMSG_ROUTINE);
842                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
843                         __unmap_vcore(p, 0);
844                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
845                         /* If we ever have RUNNING_S run on non-mgmt cores, we'll need to
846                          * tell the ksched about this now-idle core (after unlocking) */
847                         break;
848                 default:
849                         warn("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
850                              __FUNCTION__);
851                         spin_unlock(&p->proc_lock);
852                         return;
853         }
854         /* At this point, a death IPI should be on its way, either from the
855          * RUNNING_S one, or from proc_take_cores with a __death.  in general,
856          * interrupts should be on when you call proc_destroy locally, but currently
857          * aren't for all things (like traphandlers). */
858         __proc_set_state(p, PROC_DYING);
859         /* Disown any children.  If we want to have init inherit or something,
860          * change __disown to set the ppid accordingly and concat this with init's
861          * list (instead of emptying it like disown does).  Careful of lock ordering
862          * between procs (need to lock to protect lists) */
863         TAILQ_FOREACH_SAFE(child_i, &p->children, sibling_link, temp) {
864                 int ret = __proc_disown_child(p, child_i);
865                 /* should never fail, lock should cover the race.  invariant: any child
866                  * on the list should have us as a parent */
867                 assert(!ret);
868         }
869         spin_unlock(&p->proc_lock);
870         /* Wake any of our kthreads waiting on children, so they can abort */
871         cv_broadcast(&p->child_wait);
872         /* Abort any abortable syscalls.  This won't catch every sleeper, but future
873          * abortable sleepers are already prevented via the DYING state.  (signalled
874          * DYING, no new sleepers will block, and now we wake all old sleepers). */
875         abort_all_sysc(p);
876         /* we need to close files here, and not in free, since we could have a
877          * refcnt indirectly related to one of our files.  specifically, if we have
878          * a parent sleeping on our pipe, that parent won't wake up to decref until
879          * the pipe closes.  And if the parent doesnt decref, we don't free.
880          * Even if we send a SIGCHLD to the parent, that would require that the
881          * parent to never ignores that signal (or we risk never reaping).
882          *
883          * Also note that any mmap'd files will still be mmapped.  You can close the
884          * file after mmapping, with no effect. */
885         close_fdt(&p->open_files, FALSE);
886         /* Tell the ksched about our death, and which cores we freed up */
887         __sched_proc_destroy(p, pc_arr, nr_cores_revoked);
888         /* Tell our parent about our state change (to DYING) */
889         proc_signal_parent(p);
890 }
891
892 /* Can use this to signal anything that might cause a parent to wait on the
893  * child, such as termination, or signals.  Change the state or whatever before
894  * calling. */
895 void proc_signal_parent(struct proc *child)
896 {
897         struct kthread *sleeper;
898         struct proc *parent = pid2proc(child->ppid);
899         if (!parent)
900                 return;
901         send_posix_signal(parent, SIGCHLD);
902         /* there could be multiple kthreads sleeping for various reasons.  even an
903          * SCP could have multiple async syscalls. */
904         cv_broadcast(&parent->child_wait);
905         /* if the parent was waiting, there's a __launch kthread KMSG out there */
906         proc_decref(parent);
907 }
908
909 /* Called when a parent is done with its child, and no longer wants to track the
910  * child, nor to allow the child to track it.  Call with a lock (cv) held.
911  * Returns 0 if we disowned, -1 on failure. */
912 int __proc_disown_child(struct proc *parent, struct proc *child)
913 {
914         /* Bail out if the child has already been reaped */
915         if (!child->ppid)
916                 return -1;
917         assert(child->ppid == parent->pid);
918         /* lock protects from concurrent inserts / removals from the list */
919         TAILQ_REMOVE(&parent->children, child, sibling_link);
920         /* After this, the child won't be able to get more refs to us, but it may
921          * still have some references in running code. */
922         child->ppid = 0;
923         proc_decref(child);     /* ref that was keeping the child alive on the list */
924         return 0;
925 }
926
927 /* Turns *p into an MCP.  Needs to be called from a local syscall of a RUNNING_S
928  * process.  Returns 0 if it succeeded, an error code otherwise. */
929 int proc_change_to_m(struct proc *p)
930 {
931         int retval = 0;
932         spin_lock(&p->proc_lock);
933         /* in case userspace erroneously tries to change more than once */
934         if (__proc_is_mcp(p))
935                 goto error_out;
936         switch (p->state) {
937                 case (PROC_RUNNING_S):
938                         /* issue with if we're async or not (need to preempt it)
939                          * either of these should trip it. TODO: (ACR) async core req */
940                         if ((current != p) || (get_pcoreid(p, 0) != core_id()))
941                                 panic("We don't handle async RUNNING_S core requests yet.");
942                         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
943                         assert(current_ctx);
944                         /* Copy uthread0's context to VC 0's uthread slot */
945                         copy_current_ctx_to(&vcpd->uthread_ctx);
946                         clear_owning_proc(core_id());   /* so we don't restart */
947                         save_vc_fp_state(vcpd);
948                         /* Userspace needs to not fuck with notif_disabled before
949                          * transitioning to _M. */
950                         if (vcpd->notif_disabled) {
951                                 printk("[kernel] user bug: notifs disabled for vcore 0\n");
952                                 vcpd->notif_disabled = FALSE;
953                         }
954                         /* in the async case, we'll need to remotely stop and bundle
955                          * vcore0's TF.  this is already done for the sync case (local
956                          * syscall). */
957                         /* this process no longer runs on its old location (which is
958                          * this core, for now, since we don't handle async calls) */
959                         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
960                         // TODO: (ACR) will need to unmap remotely (receive-side)
961                         __unmap_vcore(p, 0);
962                         vcore_account_offline(p, 0);
963                         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
964                         /* change to runnable_m (it's TF is already saved) */
965                         __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_M);
966                         p->procinfo->is_mcp = TRUE;
967                         spin_unlock(&p->proc_lock);
968                         /* Tell the ksched that we're a real MCP now! */
969                         __sched_proc_change_to_m(p);
970                         return 0;
971                 case (PROC_RUNNABLE_S):
972                         /* Issues: being on the runnable_list, proc_set_state not liking
973                          * it, and not clearly thinking through how this would happen.
974                          * Perhaps an async call that gets serviced after you're
975                          * descheduled? */
976                         warn("Not supporting RUNNABLE_S -> RUNNABLE_M yet.\n");
977                         goto error_out;
978                 case (PROC_DYING):
979                         warn("Dying, core request coming from %d\n", core_id());
980                         goto error_out;
981                 default:
982                         goto error_out;
983         }
984 error_out:
985         spin_unlock(&p->proc_lock);
986         return -EINVAL;
987 }
988
989 /* Old code to turn a RUNNING_M to a RUNNING_S, with the calling context
990  * becoming the new 'thread0'.  Don't use this.  Caller needs to send in a
991  * pc_arr big enough for all vcores.  Will return the number of cores given up
992  * by the proc. */
993 uint32_t __proc_change_to_s(struct proc *p, uint32_t *pc_arr)
994 {
995         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
996         uint32_t num_revoked;
997         /* Not handling vcore accounting.  Do so if we ever use this */
998         printk("[kernel] trying to transition _M -> _S (deprecated)!\n");
999         assert(p->state == PROC_RUNNING_M); // TODO: (ACR) async core req
1000         /* save the context, to be restarted in _S mode */
1001         assert(current_ctx);
1002         copy_current_ctx_to(&p->scp_ctx);
1003         clear_owning_proc(core_id());   /* so we don't restart */
1004         save_vc_fp_state(vcpd);
1005         /* sending death, since it's not our job to save contexts or anything in
1006          * this case. */
1007         num_revoked = __proc_take_allcores(p, pc_arr, FALSE);
1008         __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_S);
1009         return num_revoked;
1010 }
1011
1012 /* Helper function.  Is the given pcore a mapped vcore?  No locking involved, be
1013  * careful. */
1014 static bool is_mapped_vcore(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
1015 {
1016         return p->procinfo->pcoremap[pcoreid].valid;
1017 }
1018
1019 /* Helper function.  Find the vcoreid for a given physical core id for proc p.
1020  * No locking involved, be careful.  Panics on failure. */
1021 static uint32_t get_vcoreid(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
1022 {
1023         assert(is_mapped_vcore(p, pcoreid));
1024         return p->procinfo->pcoremap[pcoreid].vcoreid;
1025 }
1026
1027 /* Helper function.  Try to find the pcoreid for a given virtual core id for
1028  * proc p.  No locking involved, be careful.  Use this when you can tolerate a
1029  * stale or otherwise 'wrong' answer. */
1030 static uint32_t try_get_pcoreid(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
1031 {
1032         return p->procinfo->vcoremap[vcoreid].pcoreid;
1033 }
1034
1035 /* Helper function.  Find the pcoreid for a given virtual core id for proc p.
1036  * No locking involved, be careful.  Panics on failure. */
1037 static uint32_t get_pcoreid(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
1038 {
1039         assert(vcore_is_mapped(p, vcoreid));
1040         return try_get_pcoreid(p, vcoreid);
1041 }
1042
1043 /* Saves the FP state of the calling core into VCPD.  Pairs with
1044  * restore_vc_fp_state().  On x86, the best case overhead of the flags:
1045  *              FNINIT: 36 ns
1046  *              FXSAVE: 46 ns
1047  *              FXRSTR: 42 ns
1048  *              Flagged FXSAVE: 50 ns
1049  *              Flagged FXRSTR: 66 ns
1050  *              Excess flagged FXRSTR: 42 ns
1051  * If we don't do it, we'll need to initialize every VCPD at process creation
1052  * time with a good FPU state (x86 control words are initialized as 0s, like the
1053  * rest of VCPD). */
1054 static void save_vc_fp_state(struct preempt_data *vcpd)
1055 {
1056         save_fp_state(&vcpd->preempt_anc);
1057         vcpd->rflags |= VC_FPU_SAVED;
1058 }
1059
1060 /* Conditionally restores the FP state from VCPD.  If the state was not valid,
1061  * we don't bother restoring and just initialize the FPU. */
1062 static void restore_vc_fp_state(struct preempt_data *vcpd)
1063 {
1064         if (vcpd->rflags & VC_FPU_SAVED) {
1065                 restore_fp_state(&vcpd->preempt_anc);
1066                 vcpd->rflags &= ~VC_FPU_SAVED;
1067         } else {
1068                 init_fp_state();
1069         }
1070 }
1071
1072 /* Helper for SCPs, saves the core's FPU state into the VCPD vc0 slot */
1073 void __proc_save_fpu_s(struct proc *p)
1074 {
1075         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
1076         save_vc_fp_state(vcpd);
1077 }
1078
1079 /* Helper: saves the SCP's GP tf state and unmaps vcore 0.  This does *not* save
1080  * the FPU state.
1081  *
1082  * In the future, we'll probably use vc0's space for scp_ctx and the silly
1083  * state.  If we ever do that, we'll need to stop using scp_ctx (soon to be in
1084  * VCPD) as a location for pcpui->cur_ctx to point (dangerous) */
1085 void __proc_save_context_s(struct proc *p)
1086 {
1087         copy_current_ctx_to(&p->scp_ctx);
1088         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1089         __unmap_vcore(p, 0);
1090         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1091         vcore_account_offline(p, 0);
1092 }
1093
1094 /* Yields the calling core.  Must be called locally (not async) for now.
1095  * - If RUNNING_S, you just give up your time slice and will eventually return,
1096  *   possibly after WAITING on an event.
1097  * - If RUNNING_M, you give up the current vcore (which never returns), and
1098  *   adjust the amount of cores wanted/granted.
1099  * - If you have only one vcore, you switch to WAITING.  There's no 'classic
1100  *   yield' for MCPs (at least not now).  When you run again, you'll have one
1101  *   guaranteed core, starting from the entry point.
1102  *
1103  * If the call is being nice, it means different things for SCPs and MCPs.  For
1104  * MCPs, it means that it is in response to a preemption (which needs to be
1105  * checked).  If there is no preemption pending, just return.  For SCPs, it
1106  * means the proc wants to give up the core, but still has work to do.  If not,
1107  * the proc is trying to wait on an event.  It's not being nice to others, it
1108  * just has no work to do.
1109  *
1110  * This usually does not return (smp_idle()), so it will eat your reference.
1111  * Also note that it needs a non-current/edible reference, since it will abandon
1112  * and continue to use the *p (current == 0, no cr3, etc).
1113  *
1114  * We disable interrupts for most of it too, since we need to protect
1115  * current_ctx and not race with __notify (which doesn't play well with
1116  * concurrent yielders). */
1117 void proc_yield(struct proc *p, bool being_nice)
1118 {
1119         uint32_t vcoreid, pcoreid = core_id();
1120         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[pcoreid];
1121         struct vcore *vc;
1122         struct preempt_data *vcpd;
1123         /* Need to lock to prevent concurrent vcore changes (online, inactive, the
1124          * mapping, etc).  This plus checking the nr_preempts is enough to tell if
1125          * our vcoreid and cur_ctx ought to be here still or if we should abort */
1126         spin_lock(&p->proc_lock); /* horrible scalability.  =( */
1127         switch (p->state) {
1128                 case (PROC_RUNNING_S):
1129                         if (!being_nice) {
1130                                 /* waiting for an event to unblock us */
1131                                 vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
1132                                 /* syncing with event's SCP code.  we set waiting, then check
1133                                  * pending.  they set pending, then check waiting.  it's not
1134                                  * possible for us to miss the notif *and* for them to miss
1135                                  * WAITING.  one (or both) of us will see and make sure the proc
1136                                  * wakes up.  */
1137                                 __proc_set_state(p, PROC_WAITING);
1138                                 wrmb(); /* don't let the state write pass the notif read */
1139                                 if (vcpd->notif_pending) {
1140                                         __proc_set_state(p, PROC_RUNNING_S);
1141                                         /* they can't handle events, just need to prevent a yield.
1142                                          * (note the notif_pendings are collapsed). */
1143                                         if (!scp_is_vcctx_ready(vcpd))
1144                                                 vcpd->notif_pending = FALSE;
1145                                         goto out_failed;
1146                                 }
1147                                 /* if we're here, we want to sleep.  a concurrent event that
1148                                  * hasn't already written notif_pending will have seen WAITING,
1149                                  * and will be spinning while we do this. */
1150                                 __proc_save_context_s(p);
1151                                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1152                         } else {
1153                                 /* yielding to allow other processes to run.  we're briefly
1154                                  * WAITING, til we are woken up */
1155                                 __proc_set_state(p, PROC_WAITING);
1156                                 __proc_save_context_s(p);
1157                                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1158                                 /* immediately wake up the proc (makes it runnable) */
1159                                 proc_wakeup(p);
1160                         }
1161                         goto out_yield_core;
1162                 case (PROC_RUNNING_M):
1163                         break;                          /* will handle this stuff below */
1164                 case (PROC_DYING):              /* incoming __death */
1165                 case (PROC_RUNNABLE_M): /* incoming (bulk) preempt/myield TODO:(BULK) */
1166                         goto out_failed;
1167                 default:
1168                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1169                               __FUNCTION__);
1170         }
1171         /* This is which vcore this pcore thinks it is, regardless of any unmappings
1172          * that may have happened remotely (with __PRs waiting to run) */
1173         vcoreid = pcpui->owning_vcoreid;
1174         vc = vcoreid2vcore(p, vcoreid);
1175         vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
1176         /* This is how we detect whether or not a __PR happened. */
1177         if (vc->nr_preempts_sent != vc->nr_preempts_done)
1178                 goto out_failed;
1179         /* Sanity checks.  If we were preempted or are dying, we should have noticed
1180          * by now. */
1181         assert(is_mapped_vcore(p, pcoreid));
1182         assert(vcoreid == get_vcoreid(p, pcoreid));
1183         /* no reason to be nice, return */
1184         if (being_nice && !vc->preempt_pending)
1185                 goto out_failed;
1186         /* At this point, AFAIK there should be no preempt/death messages on the
1187          * way, and we're on the online list.  So we'll go ahead and do the yielding
1188          * business. */
1189         /* If there's a preempt pending, we don't need to preempt later since we are
1190          * yielding (nice or otherwise).  If not, this is just a regular yield. */
1191         if (vc->preempt_pending) {
1192                 vc->preempt_pending = 0;
1193         } else {
1194                 /* Optional: on a normal yield, check to see if we are putting them
1195                  * below amt_wanted (help with user races) and bail. */
1196                 if (p->procdata->res_req[RES_CORES].amt_wanted >=
1197                                        p->procinfo->num_vcores)
1198                         goto out_failed;
1199         }
1200         /* Don't let them yield if they are missing a notification.  Userspace must
1201          * not leave vcore context without dealing with notif_pending.
1202          * pop_user_ctx() handles leaving via uthread context.  This handles leaving
1203          * via a yield.
1204          *
1205          * This early check is an optimization.  The real check is below when it
1206          * works with the online_vcs list (syncing with event.c and INDIR/IPI
1207          * posting). */
1208         if (vcpd->notif_pending)
1209                 goto out_failed;
1210         /* Now we'll actually try to yield */
1211         printd("[K] Process %d (%p) is yielding on vcore %d\n", p->pid, p,
1212                get_vcoreid(p, pcoreid));
1213         /* Remove from the online list, add to the yielded list, and unmap
1214          * the vcore, which gives up the core. */
1215         TAILQ_REMOVE(&p->online_vcs, vc, list);
1216         /* Now that we're off the online list, check to see if an alert made
1217          * it through (event.c sets this) */
1218         wrmb(); /* prev write must hit before reading notif_pending */
1219         /* Note we need interrupts disabled, since a __notify can come in
1220          * and set pending to FALSE */
1221         if (vcpd->notif_pending) {
1222                 /* We lost, put it back on the list and abort the yield.  If we ever
1223                  * build an myield, we'll need a way to deal with this for all vcores */
1224                 TAILQ_INSERT_TAIL(&p->online_vcs, vc, list); /* could go HEAD */
1225                 goto out_failed;
1226         }
1227         /* Not really a kmsg, but it acts like one w.r.t. proc mgmt */
1228         pcpui_trace_kmsg(pcpui, (uintptr_t)proc_yield);
1229         /* We won the race with event sending, we can safely yield */
1230         TAILQ_INSERT_HEAD(&p->inactive_vcs, vc, list);
1231         /* Note this protects stuff userspace should look at, which doesn't
1232          * include the TAILQs. */
1233         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1234         /* Next time the vcore starts, it starts fresh */
1235         vcpd->notif_disabled = FALSE;
1236         __unmap_vcore(p, vcoreid);
1237         p->procinfo->num_vcores--;
1238         p->procinfo->res_grant[RES_CORES] = p->procinfo->num_vcores;
1239         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1240         vcore_account_offline(p, vcoreid);
1241         /* No more vcores?  Then we wait on an event */
1242         if (p->procinfo->num_vcores == 0) {
1243                 /* consider a ksched op to tell it about us WAITING */
1244                 __proc_set_state(p, PROC_WAITING);
1245         }
1246         spin_unlock(&p->proc_lock);
1247         /* We discard the current context, but we still need to restore the core */
1248         arch_finalize_ctx(pcpui->cur_ctx);
1249         /* Hand the now-idle core to the ksched */
1250         __sched_put_idle_core(p, pcoreid);
1251         goto out_yield_core;
1252 out_failed:
1253         /* for some reason we just want to return, either to take a KMSG that cleans
1254          * us up, or because we shouldn't yield (ex: notif_pending). */
1255         spin_unlock(&p->proc_lock);
1256         return;
1257 out_yield_core:                         /* successfully yielded the core */
1258         proc_decref(p);                 /* need to eat the ref passed in */
1259         /* Clean up the core and idle. */
1260         clear_owning_proc(pcoreid);     /* so we don't restart */
1261         abandon_core();
1262         smp_idle();
1263 }
1264
1265 /* Sends a notification (aka active notification, aka IPI) to p's vcore.  We
1266  * only send a notification if one they are enabled.  There's a bunch of weird
1267  * cases with this, and how pending / enabled are signals between the user and
1268  * kernel - check the documentation.  Note that pending is more about messages.
1269  * The process needs to be in vcore_context, and the reason is usually a
1270  * message.  We set pending here in case we were called to prod them into vcore
1271  * context (like via a sys_self_notify).  Also note that this works for _S
1272  * procs, if you send to vcore 0 (and the proc is running). */
1273 void proc_notify(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
1274 {
1275         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
1276         vcpd->notif_pending = TRUE;
1277         wrmb(); /* must write notif_pending before reading notif_disabled */
1278         if (!vcpd->notif_disabled) {
1279                 /* GIANT WARNING: we aren't using the proc-lock to protect the
1280                  * vcoremap.  We want to be able to use this from interrupt context,
1281                  * and don't want the proc_lock to be an irqsave.  Spurious
1282                  * __notify() kmsgs are okay (it checks to see if the right receiver
1283                  * is current). */
1284                 if (vcore_is_mapped(p, vcoreid)) {
1285                         printd("[kernel] sending notif to vcore %d\n", vcoreid);
1286                         /* This use of try_get_pcoreid is racy, might be unmapped */
1287                         send_kernel_message(try_get_pcoreid(p, vcoreid), __notify, (long)p,
1288                                             0, 0, KMSG_ROUTINE);
1289                 }
1290         }
1291 }
1292
1293 /* Makes sure p is runnable.  Callers may spam this, so it needs to handle
1294  * repeated calls for the same event.  Callers include event delivery, SCP
1295  * yield, and new SCPs.  Will trigger __sched_.cp_wakeup() CBs.  Will only
1296  * trigger the CB once, regardless of how many times we are called, *until* the
1297  * proc becomes WAITING again, presumably because of something the ksched did.*/
1298 void proc_wakeup(struct proc *p)
1299 {
1300         spin_lock(&p->proc_lock);
1301         if (__proc_is_mcp(p)) {
1302                 /* we only wake up WAITING mcps */
1303                 if (p->state != PROC_WAITING) {
1304                         spin_unlock(&p->proc_lock);
1305                         return;
1306                 }
1307                 __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_M);
1308                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1309                 __sched_mcp_wakeup(p);
1310                 return;
1311         } else {
1312                 /* SCPs can wake up for a variety of reasons.  the only times we need
1313                  * to do something is if it was waiting or just created.  other cases
1314                  * are either benign (just go out), or potential bugs (_Ms) */
1315                 switch (p->state) {
1316                         case (PROC_CREATED):
1317                         case (PROC_WAITING):
1318                                 __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_S);
1319                                 break;
1320                         case (PROC_RUNNABLE_S):
1321                         case (PROC_RUNNING_S):
1322                         case (PROC_DYING):
1323                                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1324                                 return;
1325                         case (PROC_RUNNABLE_M):
1326                         case (PROC_RUNNING_M):
1327                                 warn("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1328                                      __FUNCTION__);
1329                                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1330                                 return;
1331                 }
1332                 printd("[kernel] FYI, waking up an _S proc\n"); /* thanks, past brho! */
1333                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1334                 __sched_scp_wakeup(p);
1335         }
1336 }
1337
1338 /* Is the process in multi_mode / is an MCP or not?  */
1339 bool __proc_is_mcp(struct proc *p)
1340 {
1341         /* in lieu of using the amount of cores requested, or having a bunch of
1342          * states (like PROC_WAITING_M and _S), I'll just track it with a bool. */
1343         return p->procinfo->is_mcp;
1344 }
1345
1346 bool proc_is_vcctx_ready(struct proc *p)
1347 {
1348         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[0];
1349         return scp_is_vcctx_ready(vcpd);
1350 }
1351
1352 /************************  Preemption Functions  ******************************
1353  * Don't rely on these much - I'll be sure to change them up a bit.
1354  *
1355  * Careful about what takes a vcoreid and what takes a pcoreid.  Also, there may
1356  * be weird glitches with setting the state to RUNNABLE_M.  It is somewhat in
1357  * flux.  The num_vcores is changed after take_cores, but some of the messages
1358  * (or local traps) may not yet be ready to handle seeing their future state.
1359  * But they should be, so fix those when they pop up.
1360  *
1361  * Another thing to do would be to make the _core functions take a pcorelist,
1362  * and not just one pcoreid. */
1363
1364 /* Sets a preempt_pending warning for p's vcore, to go off 'when'.  If you care
1365  * about locking, do it before calling.  Takes a vcoreid! */
1366 void __proc_preempt_warn(struct proc *p, uint32_t vcoreid, uint64_t when)
1367 {
1368         struct event_msg local_msg = {0};
1369         /* danger with doing this unlocked: preempt_pending is set, but never 0'd,
1370          * since it is unmapped and not dealt with (TODO)*/
1371         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].preempt_pending = when;
1372
1373         /* Send the event (which internally checks to see how they want it) */
1374         local_msg.ev_type = EV_PREEMPT_PENDING;
1375         local_msg.ev_arg1 = vcoreid;
1376         /* Whenever we send msgs with the proc locked, we need at least 1 online.
1377          * Caller needs to make sure the core was online/mapped. */
1378         assert(!TAILQ_EMPTY(&p->online_vcs));
1379         send_kernel_event(p, &local_msg, vcoreid);
1380
1381         /* TODO: consider putting in some lookup place for the alarm to find it.
1382          * til then, it'll have to scan the vcoremap (O(n) instead of O(m)) */
1383 }
1384
1385 /* Warns all active vcores of an impending preemption.  Hold the lock if you
1386  * care about the mapping (and you should). */
1387 void __proc_preempt_warnall(struct proc *p, uint64_t when)
1388 {
1389         struct vcore *vc_i;
1390         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list)
1391                 __proc_preempt_warn(p, vcore2vcoreid(p, vc_i), when);
1392         /* TODO: consider putting in some lookup place for the alarm to find it.
1393          * til then, it'll have to scan the vcoremap (O(n) instead of O(m)) */
1394 }
1395
1396 // TODO: function to set an alarm, if none is outstanding
1397
1398 /* Raw function to preempt a single core.  If you care about locking, do it
1399  * before calling. */
1400 void __proc_preempt_core(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
1401 {
1402         uint32_t vcoreid = get_vcoreid(p, pcoreid);
1403         struct event_msg preempt_msg = {0};
1404         /* works with nr_preempts_done to signal completion of a preemption */
1405         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].nr_preempts_sent++;
1406         // expects a pcorelist.  assumes pcore is mapped and running_m
1407         __proc_take_corelist(p, &pcoreid, 1, TRUE);
1408         /* Only send the message if we have an online core.  o/w, it would fuck
1409          * us up (deadlock), and hey don't need a message.  the core we just took
1410          * will be the first one to be restarted.  It will look like a notif.  in
1411          * the future, we could send the event if we want, but the caller needs to
1412          * do that (after unlocking). */
1413         if (!TAILQ_EMPTY(&p->online_vcs)) {
1414                 preempt_msg.ev_type = EV_VCORE_PREEMPT;
1415                 preempt_msg.ev_arg2 = vcoreid;
1416                 send_kernel_event(p, &preempt_msg, 0);
1417         }
1418 }
1419
1420 /* Raw function to preempt every vcore.  If you care about locking, do it before
1421  * calling. */
1422 uint32_t __proc_preempt_all(struct proc *p, uint32_t *pc_arr)
1423 {
1424         struct vcore *vc_i;
1425         /* TODO:(BULK) PREEMPT - don't bother with this, set a proc wide flag, or
1426          * just make us RUNNABLE_M.  Note this is also used by __map_vcore. */
1427         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list)
1428                 vc_i->nr_preempts_sent++;
1429         return __proc_take_allcores(p, pc_arr, TRUE);
1430 }
1431
1432 /* Warns and preempts a vcore from p.  No delaying / alarming, or anything.  The
1433  * warning will be for u usec from now.  Returns TRUE if the core belonged to
1434  * the proc (and thus preempted), False if the proc no longer has the core. */
1435 bool proc_preempt_core(struct proc *p, uint32_t pcoreid, uint64_t usec)
1436 {
1437         uint64_t warn_time = read_tsc() + usec2tsc(usec);
1438         bool retval = FALSE;
1439         if (p->state != PROC_RUNNING_M) {
1440                 /* more of an FYI for brho.  should be harmless to just return. */
1441                 warn("Tried to preempt from a non RUNNING_M proc!");
1442                 return FALSE;
1443         }
1444         spin_lock(&p->proc_lock);
1445         if (is_mapped_vcore(p, pcoreid)) {
1446                 __proc_preempt_warn(p, get_vcoreid(p, pcoreid), warn_time);
1447                 __proc_preempt_core(p, pcoreid);
1448                 /* we might have taken the last core */
1449                 if (!p->procinfo->num_vcores)
1450                         __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_M);
1451                 retval = TRUE;
1452         }
1453         spin_unlock(&p->proc_lock);
1454         return retval;
1455 }
1456
1457 /* Warns and preempts all from p.  No delaying / alarming, or anything.  The
1458  * warning will be for u usec from now. */
1459 void proc_preempt_all(struct proc *p, uint64_t usec)
1460 {
1461         uint64_t warn_time = read_tsc() + usec2tsc(usec);
1462         uint32_t num_revoked = 0;
1463         spin_lock(&p->proc_lock);
1464         /* storage for pc_arr is alloced at decl, which is after grabbing the lock*/
1465         uint32_t pc_arr[p->procinfo->num_vcores];
1466         /* DYING could be okay */
1467         if (p->state != PROC_RUNNING_M) {
1468                 warn("Tried to preempt from a non RUNNING_M proc!");
1469                 spin_unlock(&p->proc_lock);
1470                 return;
1471         }
1472         __proc_preempt_warnall(p, warn_time);
1473         num_revoked = __proc_preempt_all(p, pc_arr);
1474         assert(!p->procinfo->num_vcores);
1475         __proc_set_state(p, PROC_RUNNABLE_M);
1476         spin_unlock(&p->proc_lock);
1477         /* TODO: when we revise this func, look at __put_idle */
1478         /* Return the cores to the ksched */
1479         if (num_revoked)
1480                 __sched_put_idle_cores(p, pc_arr, num_revoked);
1481 }
1482
1483 /* Give the specific pcore to proc p.  Lots of assumptions, so don't really use
1484  * this.  The proc needs to be _M and prepared for it.  the pcore needs to be
1485  * free, etc. */
1486 void proc_give(struct proc *p, uint32_t pcoreid)
1487 {
1488         warn("Your idlecoremap is now screwed up");     /* TODO (IDLE) */
1489         spin_lock(&p->proc_lock);
1490         // expects a pcorelist, we give it a list of one
1491         __proc_give_cores(p, &pcoreid, 1);
1492         spin_unlock(&p->proc_lock);
1493 }
1494
1495 /* Global version of the helper, for sys_get_vcoreid (might phase that syscall
1496  * out). */
1497 uint32_t proc_get_vcoreid(struct proc *p)
1498 {
1499         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
1500         if (pcpui->owning_proc == p) {
1501                 return pcpui->owning_vcoreid;
1502         } else {
1503                 warn("Asked for vcoreid for %p, but %p is pwns", p, pcpui->owning_proc);
1504                 return (uint32_t)-1;
1505         }
1506 }
1507
1508 /* TODO: make all of these static inlines when we gut the env crap */
1509 bool vcore_is_mapped(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
1510 {
1511         return p->procinfo->vcoremap[vcoreid].valid;
1512 }
1513
1514 /* Can do this, or just create a new field and save it in the vcoremap */
1515 uint32_t vcore2vcoreid(struct proc *p, struct vcore *vc)
1516 {
1517         return (vc - p->procinfo->vcoremap);
1518 }
1519
1520 struct vcore *vcoreid2vcore(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
1521 {
1522         return &p->procinfo->vcoremap[vcoreid];
1523 }
1524
1525 /********** Core granting (bulk and single) ***********/
1526
1527 /* Helper: gives pcore to the process, mapping it to the next available vcore
1528  * from list vc_list.  Returns TRUE if we succeeded (non-empty).  If you pass in
1529  * **vc, we'll tell you which vcore it was. */
1530 static bool __proc_give_a_pcore(struct proc *p, uint32_t pcore,
1531                                 struct vcore_tailq *vc_list, struct vcore **vc)
1532 {
1533         struct vcore *new_vc;
1534         new_vc = TAILQ_FIRST(vc_list);
1535         if (!new_vc)
1536                 return FALSE;
1537         printd("setting vcore %d to pcore %d\n", vcore2vcoreid(p, new_vc),
1538                pcore);
1539         TAILQ_REMOVE(vc_list, new_vc, list);
1540         TAILQ_INSERT_TAIL(&p->online_vcs, new_vc, list);
1541         __map_vcore(p, vcore2vcoreid(p, new_vc), pcore);
1542         if (vc)
1543                 *vc = new_vc;
1544         return TRUE;
1545 }
1546
1547 static void __proc_give_cores_runnable(struct proc *p, uint32_t *pc_arr,
1548                                        uint32_t num)
1549 {
1550         assert(p->state == PROC_RUNNABLE_M);
1551         assert(num);    /* catch bugs */
1552         /* add new items to the vcoremap */
1553         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);/* unncessary if offline */
1554         p->procinfo->num_vcores += num;
1555         for (int i = 0; i < num; i++) {
1556                 /* Try from the bulk list first */
1557                 if (__proc_give_a_pcore(p, pc_arr[i], &p->bulk_preempted_vcs, 0))
1558                         continue;
1559                 /* o/w, try from the inactive list.  at one point, i thought there might
1560                  * be a legit way in which the inactive list could be empty, but that i
1561                  * wanted to catch it via an assert. */
1562                 assert(__proc_give_a_pcore(p, pc_arr[i], &p->inactive_vcs, 0));
1563         }
1564         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1565 }
1566
1567 static void __proc_give_cores_running(struct proc *p, uint32_t *pc_arr,
1568                                       uint32_t num)
1569 {
1570         struct vcore *vc_i;
1571         /* Up the refcnt, since num cores are going to start using this
1572          * process and have it loaded in their owning_proc and 'current'. */
1573         proc_incref(p, num * 2);        /* keep in sync with __startcore */
1574         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1575         p->procinfo->num_vcores += num;
1576         assert(TAILQ_EMPTY(&p->bulk_preempted_vcs));
1577         for (int i = 0; i < num; i++) {
1578                 assert(__proc_give_a_pcore(p, pc_arr[i], &p->inactive_vcs, &vc_i));
1579                 send_kernel_message(pc_arr[i], __startcore, (long)p,
1580                                     (long)vcore2vcoreid(p, vc_i),
1581                                     (long)vc_i->nr_preempts_sent, KMSG_ROUTINE);
1582         }
1583         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1584 }
1585
1586 /* Gives process p the additional num cores listed in pcorelist.  If the proc is
1587  * not RUNNABLE_M or RUNNING_M, this will fail and allocate none of the core
1588  * (and return -1).  If you're RUNNING_M, this will startup your new cores at
1589  * the entry point with their virtual IDs (or restore a preemption).  If you're
1590  * RUNNABLE_M, you should call __proc_run_m after this so that the process can
1591  * start to use its cores.  In either case, this returns 0.
1592  *
1593  * If you're *_S, make sure your core0's TF is set (which is done when coming in
1594  * via arch/trap.c and we are RUNNING_S), change your state, then call this.
1595  * Then call __proc_run_m().
1596  *
1597  * The reason I didn't bring the _S cases from core_request over here is so we
1598  * can keep this family of calls dealing with only *_Ms, to avoiding caring if
1599  * this is called from another core, and to avoid the _S -> _M transition.
1600  *
1601  * WARNING: You must hold the proc_lock before calling this! */
1602 int __proc_give_cores(struct proc *p, uint32_t *pc_arr, uint32_t num)
1603 {
1604         /* should never happen: */
1605         assert(num + p->procinfo->num_vcores <= MAX_NUM_CORES);
1606         switch (p->state) {
1607                 case (PROC_RUNNABLE_S):
1608                 case (PROC_RUNNING_S):
1609                         warn("Don't give cores to a process in a *_S state!\n");
1610                         return -1;
1611                 case (PROC_DYING):
1612                 case (PROC_WAITING):
1613                         /* can't accept, just fail */
1614                         return -1;
1615                 case (PROC_RUNNABLE_M):
1616                         __proc_give_cores_runnable(p, pc_arr, num);
1617                         break;
1618                 case (PROC_RUNNING_M):
1619                         __proc_give_cores_running(p, pc_arr, num);
1620                         break;
1621                 default:
1622                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1623                               __FUNCTION__);
1624         }
1625         /* TODO: considering moving to the ksched (hard, due to yield) */
1626         p->procinfo->res_grant[RES_CORES] += num;
1627         return 0;
1628 }
1629
1630 /********** Core revocation (bulk and single) ***********/
1631
1632 /* Revokes a single vcore from a process (unmaps or sends a KMSG to unmap). */
1633 static void __proc_revoke_core(struct proc *p, uint32_t vcoreid, bool preempt)
1634 {
1635         uint32_t pcoreid = get_pcoreid(p, vcoreid);
1636         struct preempt_data *vcpd;
1637         if (preempt) {
1638                 /* Lock the vcore's state (necessary for preemption recovery) */
1639                 vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
1640                 atomic_or(&vcpd->flags, VC_K_LOCK);
1641                 send_kernel_message(pcoreid, __preempt, (long)p, 0, 0, KMSG_ROUTINE);
1642         } else {
1643                 send_kernel_message(pcoreid, __death, 0, 0, 0, KMSG_ROUTINE);
1644         }
1645 }
1646
1647 /* Revokes all cores from the process (unmaps or sends a KMSGS). */
1648 static void __proc_revoke_allcores(struct proc *p, bool preempt)
1649 {
1650         struct vcore *vc_i;
1651         /* TODO: if we ever get broadcast messaging, use it here (still need to lock
1652          * the vcores' states for preemption) */
1653         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list)
1654                 __proc_revoke_core(p, vcore2vcoreid(p, vc_i), preempt);
1655 }
1656
1657 /* Might be faster to scan the vcoremap than to walk the list... */
1658 static void __proc_unmap_allcores(struct proc *p)
1659 {
1660         struct vcore *vc_i;
1661         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list)
1662                 __unmap_vcore(p, vcore2vcoreid(p, vc_i));
1663 }
1664
1665 /* Takes (revoke via kmsg or unmap) from process p the num cores listed in
1666  * pc_arr.  Will preempt if 'preempt' is set.  o/w, no state will be saved, etc.
1667  * Don't use this for taking all of a process's cores.
1668  *
1669  * Make sure you hold the lock when you call this, and make sure that the pcore
1670  * actually belongs to the proc, non-trivial due to other __preempt messages. */
1671 void __proc_take_corelist(struct proc *p, uint32_t *pc_arr, uint32_t num,
1672                           bool preempt)
1673 {
1674         struct vcore *vc;
1675         uint32_t vcoreid;
1676         assert(p->state & (PROC_RUNNING_M | PROC_RUNNABLE_M));
1677         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1678         for (int i = 0; i < num; i++) {
1679                 vcoreid = get_vcoreid(p, pc_arr[i]);
1680                 /* Sanity check */
1681                 assert(pc_arr[i] == get_pcoreid(p, vcoreid));
1682                 /* Revoke / unmap core */
1683                 if (p->state == PROC_RUNNING_M)
1684                         __proc_revoke_core(p, vcoreid, preempt);
1685                 __unmap_vcore(p, vcoreid);
1686                 /* Change lists for the vcore.  Note, the vcore is already unmapped
1687                  * and/or the messages are already in flight.  The only code that looks
1688                  * at the lists without holding the lock is event code. */
1689                 vc = vcoreid2vcore(p, vcoreid);
1690                 TAILQ_REMOVE(&p->online_vcs, vc, list);
1691                 /* even for single preempts, we use the inactive list.  bulk preempt is
1692                  * only used for when we take everything. */
1693                 TAILQ_INSERT_HEAD(&p->inactive_vcs, vc, list);
1694         }
1695         p->procinfo->num_vcores -= num;
1696         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1697         p->procinfo->res_grant[RES_CORES] -= num;
1698 }
1699
1700 /* Takes all cores from a process (revoke via kmsg or unmap), putting them on
1701  * the appropriate vcore list, and fills pc_arr with the pcores revoked, and
1702  * returns the number of entries in pc_arr.
1703  *
1704  * Make sure pc_arr is big enough to handle num_vcores().
1705  * Make sure you hold the lock when you call this. */
1706 uint32_t __proc_take_allcores(struct proc *p, uint32_t *pc_arr, bool preempt)
1707 {
1708         struct vcore *vc_i, *vc_temp;
1709         uint32_t num = 0;
1710         assert(p->state & (PROC_RUNNING_M | PROC_RUNNABLE_M));
1711         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1712         /* Write out which pcores we're going to take */
1713         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list)
1714                 pc_arr[num++] = vc_i->pcoreid;
1715         /* Revoke if they are running, and unmap.  Both of these need the online
1716          * list to not be changed yet. */
1717         if (p->state == PROC_RUNNING_M)
1718                 __proc_revoke_allcores(p, preempt);
1719         __proc_unmap_allcores(p);
1720         /* Move the vcores from online to the head of the appropriate list */
1721         TAILQ_FOREACH_SAFE(vc_i, &p->online_vcs, list, vc_temp) {
1722                 /* TODO: we may want a TAILQ_CONCAT_HEAD, or something that does that */
1723                 TAILQ_REMOVE(&p->online_vcs, vc_i, list);
1724                 /* Put the cores on the appropriate list */
1725                 if (preempt)
1726                         TAILQ_INSERT_HEAD(&p->bulk_preempted_vcs, vc_i, list);
1727                 else
1728                         TAILQ_INSERT_HEAD(&p->inactive_vcs, vc_i, list);
1729         }
1730         assert(TAILQ_EMPTY(&p->online_vcs));
1731         assert(num == p->procinfo->num_vcores);
1732         p->procinfo->num_vcores = 0;
1733         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
1734         p->procinfo->res_grant[RES_CORES] = 0;
1735         return num;
1736 }
1737
1738 /* Helper to do the vcore->pcore and inverse mapping.  Hold the lock when
1739  * calling. */
1740 void __map_vcore(struct proc *p, uint32_t vcoreid, uint32_t pcoreid)
1741 {
1742         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].pcoreid = pcoreid;
1743         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].valid = TRUE;
1744         p->procinfo->pcoremap[pcoreid].vcoreid = vcoreid;
1745         p->procinfo->pcoremap[pcoreid].valid = TRUE;
1746 }
1747
1748 /* Helper to unmap the vcore->pcore and inverse mapping.  Hold the lock when
1749  * calling. */
1750 void __unmap_vcore(struct proc *p, uint32_t vcoreid)
1751 {
1752         p->procinfo->pcoremap[p->procinfo->vcoremap[vcoreid].pcoreid].valid = FALSE;
1753         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].valid = FALSE;
1754 }
1755
1756 /* Stop running whatever context is on this core and load a known-good cr3.
1757  * Note this leaves no trace of what was running. This "leaves the process's
1758  * context.
1759  *
1760  * This does not clear the owning proc.  Use the other helper for that. */
1761 void abandon_core(void)
1762 {
1763         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
1764         /* Syscalls that don't return will ultimately call abadon_core(), so we need
1765          * to make sure we don't think we are still working on a syscall. */
1766         pcpui->cur_kthread->sysc = 0;
1767         pcpui->cur_kthread->errbuf = 0; /* just in case */
1768         if (pcpui->cur_proc)
1769                 __abandon_core();
1770 }
1771
1772 /* Helper to clear the core's owning processor and manage refcnting.  Pass in
1773  * core_id() to save a couple core_id() calls. */
1774 void clear_owning_proc(uint32_t coreid)
1775 {
1776         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
1777         struct proc *p = pcpui->owning_proc;
1778         pcpui->owning_proc = 0;
1779         pcpui->owning_vcoreid = 0xdeadbeef;
1780         pcpui->cur_ctx = 0;                     /* catch bugs for now (may go away) */
1781         if (p)
1782                 proc_decref(p);
1783 }
1784
1785 /* Switches to the address space/context of new_p, doing nothing if we are
1786  * already in new_p.  This won't add extra refcnts or anything, and needs to be
1787  * paired with switch_back() at the end of whatever function you are in.
1788  * Specifically, the uncounted refs are one for the old_proc, which is passed
1789  * back to the caller, and new_p is getting placed in cur_proc. */
1790 uintptr_t switch_to(struct proc *new_p)
1791 {
1792         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
1793         struct kthread *kth = pcpui->cur_kthread;
1794         struct proc *old_proc;
1795         uintptr_t ret;
1796
1797         old_proc = pcpui->cur_proc;                                     /* uncounted ref */
1798         /* If we aren't the proc already, then switch to it */
1799         if (old_proc != new_p) {
1800                 pcpui->cur_proc = new_p;                                /* uncounted ref */
1801                 if (new_p)
1802                         lcr3(new_p->env_cr3);
1803                 else
1804                         lcr3(boot_cr3);
1805         }
1806         ret = (uintptr_t)old_proc;
1807         if (is_ktask(kth)) {
1808                 if (!(kth->flags & KTH_SAVE_ADDR_SPACE)) {
1809                         kth->flags |= KTH_SAVE_ADDR_SPACE;
1810                         /* proc pointers are aligned; we can use the lower bit as a signal
1811                          * to turn off SAVE_ADDR_SPACE. */
1812                         ret |= 0x1;
1813                 }
1814         }
1815         return ret;
1816 }
1817
1818 /* This switches back from new_p to the original process.  Pair it with
1819  * switch_to(), and pass in its return value for old_ret. */
1820 void switch_back(struct proc *new_p, uintptr_t old_ret)
1821 {
1822         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
1823         struct kthread *kth = pcpui->cur_kthread;
1824         struct proc *old_proc;
1825
1826         if (is_ktask(kth)) {
1827                 if (old_ret & 0x1) {
1828                         kth->flags &= ~KTH_SAVE_ADDR_SPACE;
1829                         old_ret &= ~0x1;
1830                 }
1831         }
1832         old_proc = (struct proc*)old_ret;
1833         if (old_proc != new_p) {
1834                 pcpui->cur_proc = old_proc;
1835                 if (old_proc)
1836                         lcr3(old_proc->env_cr3);
1837                 else
1838                         lcr3(boot_cr3);
1839         }
1840 }
1841
1842 /* Will send a TLB shootdown message to every vcore in the main address space
1843  * (aka, all vcores for now).  The message will take the start and end virtual
1844  * addresses as well, in case we want to be more clever about how much we
1845  * shootdown and batching our messages.  Should do the sanity about rounding up
1846  * and down in this function too.
1847  *
1848  * Would be nice to have a broadcast kmsg at this point.  Note this may send a
1849  * message to the calling core (interrupting it, possibly while holding the
1850  * proc_lock).  We don't need to process routine messages since it's an
1851  * immediate message. */
1852 void proc_tlbshootdown(struct proc *p, uintptr_t start, uintptr_t end)
1853 {
1854         /* TODO: need a better way to find cores running our address space.  we can
1855          * have kthreads running syscalls, async calls, processes being created. */
1856         struct vcore *vc_i;
1857         /* TODO: we might be able to avoid locking here in the future (we must hit
1858          * all online, and we can check __mapped).  it'll be complicated. */
1859         spin_lock(&p->proc_lock);
1860         switch (p->state) {
1861                 case (PROC_RUNNING_S):
1862                         tlbflush();
1863                         break;
1864                 case (PROC_RUNNING_M):
1865                         /* TODO: (TLB) sanity checks and rounding on the ranges */
1866                         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list) {
1867                                 send_kernel_message(vc_i->pcoreid, __tlbshootdown, start, end,
1868                                                     0, KMSG_IMMEDIATE);
1869                         }
1870                         break;
1871                 default:
1872                         /* TODO: til we fix shootdowns, there are some odd cases where we
1873                          * have the address space loaded, but the state is in transition. */
1874                         if (p == current)
1875                                 tlbflush();
1876         }
1877         spin_unlock(&p->proc_lock);
1878 }
1879
1880 /* Helper, used by __startcore and __set_curctx, which sets up cur_ctx to run a
1881  * given process's vcore.  Caller needs to set up things like owning_proc and
1882  * whatnot.  Note that we might not have p loaded as current. */
1883 static void __set_curctx_to_vcoreid(struct proc *p, uint32_t vcoreid,
1884                                     uint32_t old_nr_preempts_sent)
1885 {
1886         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
1887         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
1888         struct vcore *vc = vcoreid2vcore(p, vcoreid);
1889         /* Spin until our vcore's old preemption is done.  When __SC was sent, we
1890          * were told what the nr_preempts_sent was at that time.  Once that many are
1891          * done, it is time for us to run.  This forces a 'happens-before' ordering
1892          * on a __PR of our VC before this __SC of the VC.  Note the nr_done should
1893          * not exceed old_nr_sent, since further __PR are behind this __SC in the
1894          * KMSG queue. */
1895         while (old_nr_preempts_sent != vc->nr_preempts_done)
1896                 cpu_relax();
1897         cmb();  /* read nr_done before any other rd or wr.  CPU mb in the atomic. */
1898         /* Mark that this vcore as no longer preempted.  No danger of clobbering
1899          * other writes, since this would get turned on in __preempt (which can't be
1900          * concurrent with this function on this core), and the atomic is just
1901          * toggling the one bit (a concurrent VC_K_LOCK will work) */
1902         atomic_and(&vcpd->flags, ~VC_PREEMPTED);
1903         /* Once the VC is no longer preempted, we allow it to receive msgs.  We
1904          * could let userspace do it, but handling it here makes it easier for them
1905          * to handle_indirs (when they turn this flag off).  Note the atomics
1906          * provide the needed barriers (cmb and mb on flags). */
1907         atomic_or(&vcpd->flags, VC_CAN_RCV_MSG);
1908         printd("[kernel] startcore on physical core %d for process %d's vcore %d\n",
1909                core_id(), p->pid, vcoreid);
1910         /* If notifs are disabled, the vcore was in vcore context and we need to
1911          * restart the vcore_ctx.  o/w, we give them a fresh vcore (which is also
1912          * what happens the first time a vcore comes online).  No matter what,
1913          * they'll restart in vcore context.  It's just a matter of whether or not
1914          * it is the old, interrupted vcore context. */
1915         if (vcpd->notif_disabled) {
1916                 /* copy-in the tf we'll pop, then set all security-related fields */
1917                 pcpui->actual_ctx = vcpd->vcore_ctx;
1918                 proc_secure_ctx(&pcpui->actual_ctx);
1919         } else { /* not restarting from a preemption, use a fresh vcore */
1920                 assert(vcpd->vcore_stack);
1921                 proc_init_ctx(&pcpui->actual_ctx, vcoreid, vcpd->vcore_entry,
1922                               vcpd->vcore_stack, vcpd->vcore_tls_desc);
1923                 /* Disable/mask active notifications for fresh vcores */
1924                 vcpd->notif_disabled = TRUE;
1925         }
1926         /* Regardless of whether or not we have a 'fresh' VC, we need to restore the
1927          * FPU state for the VC according to VCPD (which means either a saved FPU
1928          * state or a brand new init).  Starting a fresh VC is just referring to the
1929          * GP context we run.  The vcore itself needs to have the FPU state loaded
1930          * from when it previously ran and was saved (or a fresh FPU if it wasn't
1931          * saved).  For fresh FPUs, the main purpose is for limiting info leakage.
1932          * I think VCs that don't need FPU state for some reason (like having a
1933          * current_uthread) can handle any sort of FPU state, since it gets sorted
1934          * when they pop their next uthread.
1935          *
1936          * Note this can cause a GP fault on x86 if the state is corrupt.  In lieu
1937          * of reading in the huge FP state and mucking with mxcsr_mask, we should
1938          * handle this like a KPF on user code. */
1939         restore_vc_fp_state(vcpd);
1940         /* cur_ctx was built above (in actual_ctx), now use it */
1941         pcpui->cur_ctx = &pcpui->actual_ctx;
1942         /* this cur_ctx will get run when the kernel returns / idles */
1943         vcore_account_online(p, vcoreid);
1944 }
1945
1946 /* Changes calling vcore to be vcoreid.  enable_my_notif tells us about how the
1947  * state calling vcore wants to be left in.  It will look like caller_vcoreid
1948  * was preempted.  Note we don't care about notif_pending.
1949  *
1950  * Will return:
1951  *              0 if we successfully changed to the target vcore.
1952  *              -EBUSY if the target vcore is already mapped (a good kind of failure)
1953  *              -EAGAIN if we failed for some other reason and need to try again.  For
1954  *              example, the caller could be preempted, and we never even attempted to
1955  *              change.
1956  *              -EINVAL some userspace bug */
1957 int proc_change_to_vcore(struct proc *p, uint32_t new_vcoreid,
1958                          bool enable_my_notif)
1959 {
1960         uint32_t caller_vcoreid, pcoreid = core_id();
1961         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[pcoreid];
1962         struct preempt_data *caller_vcpd;
1963         struct vcore *caller_vc, *new_vc;
1964         struct event_msg preempt_msg = {0};
1965         int retval = -EAGAIN;   /* by default, try again */
1966         /* Need to not reach outside the vcoremap, which might be smaller in the
1967          * future, but should always be as big as max_vcores */
1968         if (new_vcoreid >= p->procinfo->max_vcores)
1969                 return -EINVAL;
1970         /* Need to lock to prevent concurrent vcore changes, like in yield. */
1971         spin_lock(&p->proc_lock);
1972         /* new_vcoreid is already runing, abort */
1973         if (vcore_is_mapped(p, new_vcoreid)) {
1974                 retval = -EBUSY;
1975                 goto out_locked;
1976         }
1977         /* Need to make sure our vcore is allowed to switch.  We might have a
1978          * __preempt, __death, etc, coming in.  Similar to yield. */
1979         switch (p->state) {
1980                 case (PROC_RUNNING_M):
1981                         break;                          /* the only case we can proceed */
1982                 case (PROC_RUNNING_S):  /* user bug, just return */
1983                 case (PROC_DYING):              /* incoming __death */
1984                 case (PROC_RUNNABLE_M): /* incoming (bulk) preempt/myield TODO:(BULK) */
1985                         goto out_locked;
1986                 default:
1987                         panic("Weird state(%s) in %s()", procstate2str(p->state),
1988                               __FUNCTION__);
1989         }
1990         /* This is which vcore this pcore thinks it is, regardless of any unmappings
1991          * that may have happened remotely (with __PRs waiting to run) */
1992         caller_vcoreid = pcpui->owning_vcoreid;
1993         caller_vc = vcoreid2vcore(p, caller_vcoreid);
1994         caller_vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[caller_vcoreid];
1995         /* This is how we detect whether or not a __PR happened.  If it did, just
1996          * abort and handle the kmsg.  No new __PRs are coming since we hold the
1997          * lock.  This also detects a __PR followed by a __SC for the same VC. */
1998         if (caller_vc->nr_preempts_sent != caller_vc->nr_preempts_done)
1999                 goto out_locked;
2000         /* Sanity checks.  If we were preempted or are dying, we should have noticed
2001          * by now. */
2002         assert(is_mapped_vcore(p, pcoreid));
2003         assert(caller_vcoreid == get_vcoreid(p, pcoreid));
2004         /* Should only call from vcore context */
2005         if (!caller_vcpd->notif_disabled) {
2006                 retval = -EINVAL;
2007                 printk("[kernel] You tried to change vcores from uthread ctx\n");
2008                 goto out_locked;
2009         }
2010         /* Ok, we're clear to do the switch.  Lets figure out who the new one is */
2011         new_vc = vcoreid2vcore(p, new_vcoreid);
2012         printd("[kernel] changing vcore %d to vcore %d\n", caller_vcoreid,
2013                new_vcoreid);
2014         /* enable_my_notif signals how we'll be restarted */
2015         if (enable_my_notif) {
2016                 /* if they set this flag, then the vcore can just restart from scratch,
2017                  * and we don't care about either the uthread_ctx or the vcore_ctx. */
2018                 caller_vcpd->notif_disabled = FALSE;
2019                 /* Don't need to save the FPU.  There should be no uthread or other
2020                  * reason to return to the FPU state.  But we do need to finalize the
2021                  * context, even though we are throwing it away.  We need to return the
2022                  * pcore to a state where it can run any context and not be bound to
2023                  * the old context. */
2024                 arch_finalize_ctx(pcpui->cur_ctx);
2025         } else {
2026                 /* need to set up the calling vcore's ctx so that it'll get restarted by
2027                  * __startcore, to make the caller look like it was preempted. */
2028                 copy_current_ctx_to(&caller_vcpd->vcore_ctx);
2029                 save_vc_fp_state(caller_vcpd);
2030         }
2031         /* Mark our core as preempted (for userspace recovery).  Userspace checks
2032          * this in handle_indirs, and it needs to check the mbox regardless of
2033          * enable_my_notif.  This does mean cores that change-to with no intent to
2034          * return will be tracked as PREEMPTED until they start back up (maybe
2035          * forever). */
2036         atomic_or(&caller_vcpd->flags, VC_PREEMPTED);
2037         /* Either way, unmap and offline our current vcore */
2038         /* Move the caller from online to inactive */
2039         TAILQ_REMOVE(&p->online_vcs, caller_vc, list);
2040         /* We don't bother with the notif_pending race.  note that notif_pending
2041          * could still be set.  this was a preempted vcore, and userspace will need
2042          * to deal with missed messages (preempt_recover() will handle that) */
2043         TAILQ_INSERT_HEAD(&p->inactive_vcs, caller_vc, list);
2044         /* Move the new one from inactive to online */
2045         TAILQ_REMOVE(&p->inactive_vcs, new_vc, list);
2046         TAILQ_INSERT_TAIL(&p->online_vcs, new_vc, list);
2047         /* Change the vcore map */
2048         __seq_start_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
2049         __unmap_vcore(p, caller_vcoreid);
2050         __map_vcore(p, new_vcoreid, pcoreid);
2051         __seq_end_write(&p->procinfo->coremap_seqctr);
2052         vcore_account_offline(p, caller_vcoreid);
2053         /* Send either a PREEMPT msg or a CHECK_MSGS msg.  If they said to
2054          * enable_my_notif, then all userspace needs is to check messages, not a
2055          * full preemption recovery. */
2056         preempt_msg.ev_type = (enable_my_notif ? EV_CHECK_MSGS : EV_VCORE_PREEMPT);
2057         preempt_msg.ev_arg2 = caller_vcoreid;   /* arg2 is 32 bits */
2058         /* Whenever we send msgs with the proc locked, we need at least 1 online.
2059          * In this case, it's the one we just changed to. */
2060         assert(!TAILQ_EMPTY(&p->online_vcs));
2061         send_kernel_event(p, &preempt_msg, new_vcoreid);
2062         /* So this core knows which vcore is here. (cur_proc and owning_proc are
2063          * already correct): */
2064         pcpui->owning_vcoreid = new_vcoreid;
2065         /* Until we set_curctx, we don't really have a valid current tf.  The stuff
2066          * in that old one is from our previous vcore, not the current
2067          * owning_vcoreid.  This matters for other KMSGS that will run before
2068          * __set_curctx (like __notify). */
2069         pcpui->cur_ctx = 0;
2070         /* Need to send a kmsg to finish.  We can't set_curctx til the __PR is done,
2071          * but we can't spin right here while holding the lock (can't spin while
2072          * waiting on a message, roughly) */
2073         send_kernel_message(pcoreid, __set_curctx, (long)p, (long)new_vcoreid,
2074                             (long)new_vc->nr_preempts_sent, KMSG_ROUTINE);
2075         retval = 0;
2076         /* Fall through to exit */
2077 out_locked:
2078         spin_unlock(&p->proc_lock);
2079         return retval;
2080 }
2081
2082 /* Kernel message handler to start a process's context on this core, when the
2083  * core next considers running a process.  Tightly coupled with __proc_run_m().
2084  * Interrupts are disabled. */
2085 void __startcore(uint32_t srcid, long a0, long a1, long a2)
2086 {
2087         uint32_t vcoreid = (uint32_t)a1;
2088         uint32_t coreid = core_id();
2089         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
2090         struct proc *p_to_run = (struct proc *)a0;
2091         uint32_t old_nr_preempts_sent = (uint32_t)a2;
2092
2093         assert(p_to_run);
2094         /* Can not be any TF from a process here already */
2095         assert(!pcpui->owning_proc);
2096         /* the sender of the kmsg increfed already for this saved ref to p_to_run */
2097         pcpui->owning_proc = p_to_run;
2098         pcpui->owning_vcoreid = vcoreid;
2099         /* sender increfed again, assuming we'd install to cur_proc.  only do this
2100          * if no one else is there.  this is an optimization, since we expect to
2101          * send these __startcores to idles cores, and this saves a scramble to
2102          * incref when all of the cores restartcore/startcore later.  Keep in sync
2103          * with __proc_give_cores() and __proc_run_m(). */
2104         if (!pcpui->cur_proc) {
2105                 pcpui->cur_proc = p_to_run;     /* install the ref to cur_proc */
2106                 lcr3(p_to_run->env_cr3);        /* load the page tables to match cur_proc */
2107         } else {
2108                 proc_decref(p_to_run);          /* can't install, decref the extra one */
2109         }
2110         /* Note we are not necessarily in the cr3 of p_to_run */
2111         /* Now that we sorted refcnts and know p / which vcore it should be, set up
2112          * pcpui->cur_ctx so that it will run that particular vcore */
2113         __set_curctx_to_vcoreid(p_to_run, vcoreid, old_nr_preempts_sent);
2114 }
2115
2116 /* Kernel message handler to load a proc's vcore context on this core.  Similar
2117  * to __startcore, except it is used when p already controls the core (e.g.
2118  * change_to).  Since the core is already controlled, pcpui such as owning proc,
2119  * vcoreid, and cur_proc are all already set. */
2120 void __set_curctx(uint32_t srcid, long a0, long a1, long a2)
2121 {
2122         struct proc *p = (struct proc*)a0;
2123         uint32_t vcoreid = (uint32_t)a1;
2124         uint32_t old_nr_preempts_sent = (uint32_t)a2;
2125         __set_curctx_to_vcoreid(p, vcoreid, old_nr_preempts_sent);
2126 }
2127
2128 /* Bail out if it's the wrong process, or if they no longer want a notif.  Try
2129  * not to grab locks or write access to anything that isn't per-core in here. */
2130 void __notify(uint32_t srcid, long a0, long a1, long a2)
2131 {
2132         uint32_t vcoreid, coreid = core_id();
2133         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
2134         struct preempt_data *vcpd;
2135         struct proc *p = (struct proc*)a0;
2136
2137         /* Not the right proc */
2138         if (p != pcpui->owning_proc)
2139                 return;
2140         /* the core might be owned, but not have a valid cur_ctx (if we're in the
2141          * process of changing */
2142         if (!pcpui->cur_ctx)
2143                 return;
2144         /* Common cur_ctx sanity checks.  Note cur_ctx could be an _S's scp_ctx */
2145         vcoreid = pcpui->owning_vcoreid;
2146         vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
2147         /* for SCPs that haven't (and might never) call vc_event_init, like rtld.
2148          * this is harmless for MCPS to check this */
2149         if (!scp_is_vcctx_ready(vcpd))
2150                 return;
2151         printd("received active notification for proc %d's vcore %d on pcore %d\n",
2152                p->procinfo->pid, vcoreid, coreid);
2153         /* sort signals.  notifs are now masked, like an interrupt gate */
2154         if (vcpd->notif_disabled)
2155                 return;
2156         vcpd->notif_disabled = TRUE;
2157         /* save the old ctx in the uthread slot, build and pop a new one.  Note that
2158          * silly state isn't our business for a notification. */
2159         copy_current_ctx_to(&vcpd->uthread_ctx);
2160         memset(pcpui->cur_ctx, 0, sizeof(struct user_context));
2161         proc_init_ctx(pcpui->cur_ctx, vcoreid, vcpd->vcore_entry,
2162                       vcpd->vcore_stack, vcpd->vcore_tls_desc);
2163         /* this cur_ctx will get run when the kernel returns / idles */
2164 }
2165
2166 void __preempt(uint32_t srcid, long a0, long a1, long a2)
2167 {
2168         uint32_t vcoreid, coreid = core_id();
2169         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
2170         struct preempt_data *vcpd;
2171         struct proc *p = (struct proc*)a0;
2172
2173         assert(p);
2174         if (p != pcpui->owning_proc) {
2175                 panic("__preempt arrived for a process (%p) that was not owning (%p)!",
2176                       p, pcpui->owning_proc);
2177         }
2178         /* Common cur_ctx sanity checks */
2179         assert(pcpui->cur_ctx);
2180         assert(pcpui->cur_ctx == &pcpui->actual_ctx);
2181         vcoreid = pcpui->owning_vcoreid;
2182         vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
2183         printd("[kernel] received __preempt for proc %d's vcore %d on pcore %d\n",
2184                p->procinfo->pid, vcoreid, coreid);
2185         /* if notifs are disabled, the vcore is in vcore context (as far as we're
2186          * concerned), and we save it in the vcore slot. o/w, we save the process's
2187          * cur_ctx in the uthread slot, and it'll appear to the vcore when it comes
2188          * back up the uthread just took a notification. */
2189         if (vcpd->notif_disabled)
2190                 copy_current_ctx_to(&vcpd->vcore_ctx);
2191         else
2192                 copy_current_ctx_to(&vcpd->uthread_ctx);
2193         /* Userspace in a preemption handler on another core might be copying FP
2194          * state from memory (VCPD) at the moment, and if so we don't want to
2195          * clobber it.  In this rare case, our current core's FPU state should be
2196          * the same as whatever is in VCPD, so this shouldn't be necessary, but the
2197          * arch-specific save function might do something other than write out
2198          * bit-for-bit the exact same data.  Checking STEALING suffices, since we
2199          * hold the K_LOCK (preventing userspace from starting a fresh STEALING
2200          * phase concurrently). */
2201         if (!(atomic_read(&vcpd->flags) & VC_UTHREAD_STEALING))
2202                 save_vc_fp_state(vcpd);
2203         /* Mark the vcore as preempted and unlock (was locked by the sender). */
2204         atomic_or(&vcpd->flags, VC_PREEMPTED);
2205         atomic_and(&vcpd->flags, ~VC_K_LOCK);
2206         /* either __preempt or proc_yield() ends the preempt phase. */
2207         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].preempt_pending = 0;
2208         vcore_account_offline(p, vcoreid);
2209         wmb();  /* make sure everything else hits before we finish the preempt */
2210         /* up the nr_done, which signals the next __startcore for this vc */
2211         p->procinfo->vcoremap[vcoreid].nr_preempts_done++;
2212         /* We won't restart the process later.  current gets cleared later when we
2213          * notice there is no owning_proc and we have nothing to do (smp_idle,
2214          * restartcore, etc) */
2215         clear_owning_proc(coreid);
2216 }
2217
2218 /* Kernel message handler to clean up the core when a process is dying.
2219  * Note this leaves no trace of what was running.
2220  * It's okay if death comes to a core that's already idling and has no current.
2221  * It could happen if a process decref'd before __proc_startcore could incref. */
2222 void __death(uint32_t srcid, long a0, long a1, long a2)
2223 {
2224         uint32_t vcoreid, coreid = core_id();
2225         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
2226         struct proc *p = pcpui->owning_proc;
2227         if (p) {
2228                 vcoreid = pcpui->owning_vcoreid;
2229                 printd("[kernel] death on physical core %d for process %d's vcore %d\n",
2230                        coreid, p->pid, vcoreid);
2231                 vcore_account_offline(p, vcoreid);      /* in case anyone is counting */
2232                 /* We won't restart the process later.  current gets cleared later when
2233                  * we notice there is no owning_proc and we have nothing to do
2234                  * (smp_idle, restartcore, etc). */
2235                 arch_finalize_ctx(pcpui->cur_ctx);
2236                 clear_owning_proc(coreid);
2237         }
2238 }
2239
2240 /* Kernel message handler, usually sent IMMEDIATE, to shoot down virtual
2241  * addresses from a0 to a1. */
2242 void __tlbshootdown(uint32_t srcid, long a0, long a1, long a2)
2243 {
2244         /* TODO: (TLB) something more intelligent with the range */
2245         tlbflush();
2246 }
2247
2248 void print_allpids(void)
2249 {
2250         void print_proc_state(void *item, void *opaque)
2251         {
2252                 struct proc *p = (struct proc*)item;
2253                 assert(p);
2254                 /* this actually adds an extra space, since no progname is ever
2255                  * PROGNAME_SZ bytes, due to the \0 counted in PROGNAME. */
2256                 printk("%8d %-*s %-10s %6d\n", p->pid, PROC_PROGNAME_SZ, p->progname,
2257                        procstate2str(p->state), p->ppid);
2258         }
2259         char dashes[PROC_PROGNAME_SZ];
2260         memset(dashes, '-', PROC_PROGNAME_SZ);
2261         dashes[PROC_PROGNAME_SZ - 1] = '\0';
2262         /* -5, for 'Name ' */
2263         printk("     PID Name %-*s State      Parent    \n",
2264                PROC_PROGNAME_SZ - 5, "");
2265         printk("------------------------------%s\n", dashes);
2266         spin_lock(&pid_hash_lock);
2267         hash_for_each(pid_hash, print_proc_state, NULL);
2268         spin_unlock(&pid_hash_lock);
2269 }
2270
2271 void proc_get_set(struct process_set *pset)
2272 {
2273         void enum_proc(void *item, void *opaque)
2274         {
2275                 struct proc *p = (struct proc*) item;
2276                 struct process_set *pset = (struct process_set *) opaque;
2277
2278                 if (pset->num_processes < pset->size) {
2279                         proc_incref(p, 1);
2280
2281                         pset->procs[pset->num_processes] = p;
2282                         pset->num_processes++;
2283                 }
2284         }
2285
2286         static const size_t num_extra_alloc = 16;
2287
2288         pset->procs = NULL;
2289         do {
2290                 if (pset->procs)
2291                         proc_free_set(pset);
2292                 pset->size = atomic_read(&num_envs) + num_extra_alloc;
2293                 pset->num_processes = 0;
2294                 pset->procs = (struct proc **)
2295                         kzmalloc(pset->size * sizeof(struct proc *), MEM_WAIT);
2296                 if (!pset->procs)
2297                         error(-ENOMEM, ERROR_FIXME);
2298
2299                 spin_lock(&pid_hash_lock);
2300                 hash_for_each(pid_hash, enum_proc, pset);
2301                 spin_unlock(&pid_hash_lock);
2302
2303         } while (pset->num_processes == pset->size);
2304 }
2305
2306 void proc_free_set(struct process_set *pset)
2307 {
2308         for (size_t i = 0; i < pset->num_processes; i++)
2309                 proc_decref(pset->procs[i]);
2310         kfree(pset->procs);
2311 }
2312
2313 void print_proc_info(pid_t pid)
2314 {
2315         int j = 0;
2316         uint64_t total_time = 0;
2317         struct proc *child, *p = pid2proc(pid);
2318         struct vcore *vc_i;
2319         if (!p) {
2320                 printk("Bad PID.\n");
2321                 return;
2322         }
2323         spinlock_debug(&p->proc_lock);
2324         //spin_lock(&p->proc_lock); // No locking!!
2325         printk("struct proc: %p\n", p);
2326         printk("Program name: %s\n", p->progname);
2327         printk("PID: %d\n", p->pid);
2328         printk("PPID: %d\n", p->ppid);
2329         printk("State: %s (%p)\n", procstate2str(p->state), p->state);
2330         printk("\tIs %san MCP\n", p->procinfo->is_mcp ? "" : "not ");
2331         printk("Refcnt: %d\n", atomic_read(&p->p_kref.refcount) - 1);
2332         printk("Flags: 0x%08x\n", p->env_flags);
2333         printk("CR3(phys): %p\n", p->env_cr3);
2334         printk("Num Vcores: %d\n", p->procinfo->num_vcores);
2335         printk("Vcore Lists (may be in flux w/o locking):\n----------------------\n");
2336         printk("Online:\n");
2337         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list)
2338                 printk("\tVcore %d -> Pcore %d\n", vcore2vcoreid(p, vc_i), vc_i->pcoreid);
2339         printk("Bulk Preempted:\n");
2340         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->bulk_preempted_vcs, list)
2341                 printk("\tVcore %d\n", vcore2vcoreid(p, vc_i));
2342         printk("Inactive / Yielded:\n");
2343         TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->inactive_vcs, list)
2344                 printk("\tVcore %d\n", vcore2vcoreid(p, vc_i));
2345         printk("Nsec Online, up to the last offlining:\n------------------------");
2346         for (int i = 0; i < p->procinfo->max_vcores; i++) {
2347                 uint64_t vc_time = tsc2nsec(vcore_account_gettotal(p, i));
2348                 if (i % 4 == 0)
2349                         printk("\n");
2350                 printk("  VC %3d: %14llu", i, vc_time);
2351                 total_time += vc_time;
2352         }
2353         printk("\n");
2354         printk("Total CPU-NSEC: %llu\n", total_time);
2355         printk("Resources:\n------------------------\n");
2356         for (int i = 0; i < MAX_NUM_RESOURCES; i++)
2357                 printk("\tRes type: %02d, amt wanted: %08d, amt granted: %08d\n", i,
2358                        p->procdata->res_req[i].amt_wanted, p->procinfo->res_grant[i]);
2359         printk("Open Files:\n");
2360         struct fd_table *files = &p->open_files;
2361         if (spin_locked(&files->lock)) {
2362                 spinlock_debug(&files->lock);
2363                 printk("FILE LOCK HELD, ABORTING\n");
2364                 proc_decref(p);
2365                 return;
2366         }
2367         spin_lock(&files->lock);
2368         for (int i = 0; i < files->max_files; i++) {
2369                 if (GET_BITMASK_BIT(files->open_fds->fds_bits, i)) {
2370                         printk("\tFD: %02d, ", i);
2371                         if (files->fd[i].fd_file) {
2372                                 printk("File: %p, File name: %s\n", files->fd[i].fd_file,
2373                                        file_name(files->fd[i].fd_file));
2374                         } else {
2375                                 assert(files->fd[i].fd_chan);
2376                                 print_chaninfo(files->fd[i].fd_chan);
2377                         }
2378                 }
2379         }
2380         spin_unlock(&files->lock);
2381         printk("Children: (PID (struct proc *))\n");
2382         TAILQ_FOREACH(child, &p->children, sibling_link)
2383                 printk("\t%d (%p)\n", child->pid, child);
2384         /* no locking / unlocking or refcnting */
2385         // spin_unlock(&p->proc_lock);
2386         proc_decref(p);
2387 }
2388
2389 /* Debugging function, checks what (process, vcore) is supposed to run on this
2390  * pcore.  Meant to be called from smp_idle() before halting. */
2391 void check_my_owner(void)
2392 {
2393         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
2394         void shazbot(void *item, void *opaque)
2395         {
2396                 struct proc *p = (struct proc*)item;
2397                 struct vcore *vc_i;
2398                 assert(p);
2399                 spin_lock(&p->proc_lock);
2400                 TAILQ_FOREACH(vc_i, &p->online_vcs, list) {
2401                         /* this isn't true, a __startcore could be on the way and we're
2402                          * already "online" */
2403                         if (vc_i->pcoreid == core_id()) {
2404                                 /* Immediate message was sent, we should get it when we enable
2405                                  * interrupts, which should cause us to skip cpu_halt() */
2406                                 if (!STAILQ_EMPTY(&pcpui->immed_amsgs))
2407                                         continue;
2408                                 printk("Owned pcore (%d) has no owner, by %p, vc %d!\n",
2409                                        core_id(), p, vcore2vcoreid(p, vc_i));
2410                                 spin_unlock(&p->proc_lock);
2411                                 spin_unlock(&pid_hash_lock);
2412                                 monitor(0);
2413                         }
2414                 }
2415                 spin_unlock(&p->proc_lock);
2416         }
2417         assert(!irq_is_enabled());
2418         extern int booting;
2419         if (!booting && !pcpui->owning_proc) {
2420                 spin_lock(&pid_hash_lock);
2421                 hash_for_each(pid_hash, shazbot, NULL);
2422                 spin_unlock(&pid_hash_lock);
2423         }
2424 }