rcu: Fix quiescent state reporting deadlock
[akaros.git] / kern / src / trap.c
1 /* Copyright (c) 2012 The Regents of the University of California
2  * Barret Rhoden <brho@cs.berkeley.edu>
3  * See LICENSE for details.
4  *
5  * Arch-independent trap handling and kernel messaging */
6
7 #include <arch/arch.h>
8 #include <smp.h>
9 #include <trap.h>
10 #include <stdio.h>
11 #include <slab.h>
12 #include <assert.h>
13 #include <kdebug.h>
14 #include <kmalloc.h>
15 #include <rcu.h>
16
17 static void print_unhandled_trap(struct proc *p, struct user_context *ctx,
18                                  unsigned int trap_nr, unsigned int err,
19                                  unsigned long aux)
20 {
21         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
22         uint32_t vcoreid = pcpui->owning_vcoreid;
23         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
24         static spinlock_t print_trap_lock = SPINLOCK_INITIALIZER;
25
26         spin_lock(&print_trap_lock);
27         if (!proc_is_vcctx_ready(p))
28                 printk("Unhandled user trap from early SCP\n");
29         else if (vcpd->notif_disabled)
30                 printk("Unhandled user trap in vcore context from VC %d\n", vcoreid);
31         print_user_ctx(ctx);
32         printk("err 0x%x (for PFs: User 4, Wr 2, Rd 1), aux %p\n", err, aux);
33         debug_addr_proc(p, get_user_ctx_pc(ctx));
34         print_vmrs(p);
35         backtrace_user_ctx(p, ctx);
36         spin_unlock(&print_trap_lock);
37 }
38
39 /* Traps that are considered normal operations. */
40 static bool benign_trap(unsigned int err)
41 {
42         return err & PF_VMR_BACKED;
43 }
44
45 static void printx_unhandled_trap(struct proc *p, struct user_context *ctx,
46                                   unsigned int trap_nr, unsigned int err,
47                                   unsigned long aux)
48 {
49         if (printx_on && !benign_trap(err))
50                 print_unhandled_trap(p, ctx, trap_nr, err, aux);
51 }
52
53 /* Helper, reflects the current context back to the 2LS.  Returns 0 on success,
54  * -1 on failure. */
55 int reflect_current_context(void)
56 {
57         uint32_t coreid = core_id();
58         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
59         struct proc *p = pcpui->cur_proc;
60         uint32_t vcoreid = pcpui->owning_vcoreid;
61         struct preempt_data *vcpd = &p->procdata->vcore_preempt_data[vcoreid];
62
63         assert(pcpui->cur_proc == pcpui->owning_proc);
64         if (!proc_is_vcctx_ready(p))
65                 return -1;
66         if (vcpd->notif_disabled)
67                 return -1;
68         /* the guts of a __notify */
69         vcpd->notif_disabled = TRUE;
70         copy_current_ctx_to(&vcpd->uthread_ctx);
71         memset(pcpui->cur_ctx, 0, sizeof(struct user_context));
72         proc_init_ctx(pcpui->cur_ctx, vcoreid, vcpd->vcore_entry,
73                       vcpd->vcore_stack, vcpd->vcore_tls_desc);
74         return 0;
75 }
76
77 void reflect_unhandled_trap(unsigned int trap_nr, unsigned int err,
78                             unsigned long aux)
79 {
80         uint32_t coreid = core_id();
81         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
82         struct proc *p = pcpui->cur_proc;
83
84         assert(p);
85         assert(pcpui->cur_ctx && (pcpui->cur_ctx->type == ROS_HW_CTX));
86         /* need to store trap_nr, err code, and aux into the tf so that it can get
87          * extracted on the other end, and we need to flag the TF in some way so we
88          * can tell it was reflected.  for example, on a PF, we need some number (14
89          * on x86), the prot violation (write, read, etc), and the virt addr (aux).
90          * parlib will know how to extract this info. */
91         __arch_reflect_trap_hwtf(&pcpui->cur_ctx->tf.hw_tf, trap_nr, err, aux);
92         printx_unhandled_trap(p, pcpui->cur_ctx, trap_nr, err, aux);
93         if (reflect_current_context()) {
94                 print_unhandled_trap(p, pcpui->cur_ctx, trap_nr, err, aux);
95                 proc_destroy(p);
96         }
97 }
98
99 /* Helper, copies the current context to to_ctx. */
100 void copy_current_ctx_to(struct user_context *to_ctx)
101 {
102         struct user_context *cur_ctx = current_ctx;
103
104         /* Be sure to finalize into cur_ctx, not the to_ctx.  o/w the arch could get
105          * confused by other calls to finalize. */
106         arch_finalize_ctx(cur_ctx);
107         *to_ctx = *cur_ctx;
108 }
109
110 struct kmem_cache *kernel_msg_cache;
111
112 void kernel_msg_init(void)
113 {
114         kernel_msg_cache = kmem_cache_create("kernel_msgs",
115                                              sizeof(struct kernel_message),
116                                              ARCH_CL_SIZE, 0, NULL, 0, 0, NULL);
117 }
118
119 uint32_t send_kernel_message(uint32_t dst, amr_t pc, long arg0, long arg1,
120                              long arg2, int type)
121 {
122         kernel_message_t *k_msg;
123         assert(pc);
124         // note this will be freed on the destination core
125         k_msg = kmem_cache_alloc(kernel_msg_cache, 0);
126         k_msg->srcid = core_id();
127         k_msg->dstid = dst;
128         k_msg->pc = pc;
129         k_msg->arg0 = arg0;
130         k_msg->arg1 = arg1;
131         k_msg->arg2 = arg2;
132         switch (type) {
133                 case KMSG_IMMEDIATE:
134                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
135                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].immed_amsgs, k_msg, link);
136                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].immed_amsg_lock);
137                         break;
138                 case KMSG_ROUTINE:
139                         spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
140                         STAILQ_INSERT_TAIL(&per_cpu_info[dst].routine_amsgs, k_msg, link);
141                         spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[dst].routine_amsg_lock);
142                         break;
143                 default:
144                         panic("Unknown type of kernel message!");
145         }
146         /* since we touched memory the other core will touch (the lock), we don't
147          * need an wmb_f() */
148         /* if we're sending a routine message locally, we don't want/need an IPI */
149         if ((dst != k_msg->srcid) || (type == KMSG_IMMEDIATE))
150                 send_ipi(dst, I_KERNEL_MSG);
151         return 0;
152 }
153
154 /* Kernel message IPI/IRQ handler.
155  *
156  * This processes immediate messages, and that's it (it used to handle routines
157  * too, if it came in from userspace).  Routine messages will get processed when
158  * the kernel has a chance (right before popping to userspace or in smp_idle
159  * before halting).
160  *
161  * Note that all of this happens from interrupt context, and interrupts are
162  * disabled. */
163 void handle_kmsg_ipi(struct hw_trapframe *hw_tf, void *data)
164 {
165         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
166         struct kernel_message *kmsg_i, *temp;
167         /* Avoid locking if the list appears empty (lockless peek is okay) */
168         if (STAILQ_EMPTY(&pcpui->immed_amsgs))
169                 return;
170         /* The lock serves as a cmb to force a re-read of the head of the list */
171         spin_lock_irqsave(&pcpui->immed_amsg_lock);
172         STAILQ_FOREACH_SAFE(kmsg_i, &pcpui->immed_amsgs, link, temp) {
173                 pcpui_trace_kmsg(pcpui, (uintptr_t)kmsg_i->pc);
174                 kmsg_i->pc(kmsg_i->srcid, kmsg_i->arg0, kmsg_i->arg1, kmsg_i->arg2);
175                 STAILQ_REMOVE(&pcpui->immed_amsgs, kmsg_i, kernel_message, link);
176                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)kmsg_i);
177         }
178         spin_unlock_irqsave(&pcpui->immed_amsg_lock);
179 }
180
181 bool has_routine_kmsg(void)
182 {
183         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
184         /* lockless peek */
185         return !STAILQ_EMPTY(&pcpui->routine_amsgs);
186 }
187
188 /* Helper function, gets the next routine KMSG (RKM).  Returns 0 if the list was
189  * empty. */
190 static kernel_message_t *get_next_rkmsg(struct per_cpu_info *pcpui)
191 {
192         struct kernel_message *kmsg;
193         /* Avoid locking if the list appears empty (lockless peek is okay) */
194         if (STAILQ_EMPTY(&pcpui->routine_amsgs))
195                 return 0;
196         /* The lock serves as a cmb to force a re-read of the head of the list.
197          * IRQs are disabled by our caller. */
198         spin_lock(&pcpui->routine_amsg_lock);
199         kmsg = STAILQ_FIRST(&pcpui->routine_amsgs);
200         if (kmsg)
201                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&pcpui->routine_amsgs, link);
202         spin_unlock(&pcpui->routine_amsg_lock);
203         return kmsg;
204 }
205
206 /* Runs routine kernel messages.  This might not return.  In the past, this
207  * would also run immediate messages, but this is unnecessary.  Immediates will
208  * run whenever we reenable IRQs.  We could have some sort of ordering or
209  * guarantees between KMSG classes, but that's not particularly useful at this
210  * point.
211  *
212  * Note this runs from normal context, with interruptes disabled.  However, a
213  * particular RKM could enable interrupts - for instance __launch_kthread() will
214  * restore an old kthread that may have had IRQs on. */
215 void process_routine_kmsg(void)
216 {
217         uint32_t pcoreid = core_id();
218         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[pcoreid];
219         struct kernel_message msg_cp, *kmsg;
220
221         /* Important that callers have IRQs disabled.  When sending cross-core RKMs,
222          * the IPI is used to keep the core from going to sleep - even though RKMs
223          * aren't handled in the kmsg handler.  Check smp_idle() for more info. */
224         assert(!irq_is_enabled());
225         while ((kmsg = get_next_rkmsg(pcpui))) {
226                 /* Copy in, and then free, in case we don't return */
227                 msg_cp = *kmsg;
228                 kmem_cache_free(kernel_msg_cache, (void*)kmsg);
229                 assert(msg_cp.dstid == pcoreid);        /* caught a brutal bug with this */
230                 set_rkmsg(pcpui);                                       /* we're now in early RKM ctx */
231                 /* The kmsg could block.  If it does, we want the kthread code to know
232                  * it's not running on behalf of a process, and we're actually spawning
233                  * a kernel task.  While we do have a syscall that does work in an RKM
234                  * (change_to), it's not really the rest of the syscall context. */
235                 pcpui->cur_kthread->flags = KTH_KTASK_FLAGS;
236                 pcpui_trace_kmsg(pcpui, (uintptr_t)msg_cp.pc);
237                 msg_cp.pc(msg_cp.srcid, msg_cp.arg0, msg_cp.arg1, msg_cp.arg2);
238                 /* And if we make it back, be sure to restore the default flags.  If we
239                  * never return, but the kthread exits via some other way (smp_idle()),
240                  * then smp_idle() will deal with the flags.  The default state includes
241                  * 'not a ktask'. */
242                 pcpui->cur_kthread->flags = KTH_DEFAULT_FLAGS;
243                 /* PRKM is like a cooperative ksched, and our 'thread' just yielded.  If
244                  * this is too much, we can do something more limited, e.g. wait for
245                  * idle, check a pcpui bit that means 'check in', etc. */
246                 rcu_report_qs();
247                 /* If we aren't still in early RKM, it is because the KMSG blocked
248                  * (thus leaving early RKM, finishing in default context) and then
249                  * returned.  This is a 'detached' RKM.  Must idle in this scenario,
250                  * since we might have migrated or otherwise weren't meant to PRKM
251                  * (can't return twice).  Also note that this may involve a core
252                  * migration, so we need to reread pcpui.*/
253                 cmb();
254                 pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
255                 if (!in_early_rkmsg_ctx(pcpui))
256                         smp_idle();
257                 clear_rkmsg(pcpui);
258                 /* Some RKMs might turn on interrupts (perhaps in the future) and then
259                  * return. */
260                 disable_irq();
261         }
262 }
263
264 /* extremely dangerous and racy: prints out the immed and routine kmsgs for a
265  * specific core (so possibly remotely) */
266 void print_kmsgs(uint32_t coreid)
267 {
268         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
269         void __print_kmsgs(struct kernel_msg_list *list, char *type)
270         {
271                 char *fn_name;
272                 struct kernel_message *kmsg_i;
273                 STAILQ_FOREACH(kmsg_i, list, link) {
274                         fn_name = get_fn_name((long)kmsg_i->pc);
275                         printk("%s KMSG on %d from %d to run %p(%s)(%p, %p, %p)\n", type,
276                                kmsg_i->dstid, kmsg_i->srcid, kmsg_i->pc, fn_name,
277                                kmsg_i->arg0, kmsg_i->arg1, kmsg_i->arg2);
278                         kfree(fn_name);
279                 }
280         }
281         __print_kmsgs(&pcpui->immed_amsgs, "Immedte");
282         __print_kmsgs(&pcpui->routine_amsgs, "Routine");
283 }
284
285 /* Debugging stuff */
286 void kmsg_queue_stat(void)
287 {
288         struct kernel_message *kmsg;
289         bool immed_emp, routine_emp;
290         for (int i = 0; i < num_cores; i++) {
291                 spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[i].immed_amsg_lock);
292                 immed_emp = STAILQ_EMPTY(&per_cpu_info[i].immed_amsgs);
293                 spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[i].immed_amsg_lock);
294                 spin_lock_irqsave(&per_cpu_info[i].routine_amsg_lock);
295                 routine_emp = STAILQ_EMPTY(&per_cpu_info[i].routine_amsgs);
296                 spin_unlock_irqsave(&per_cpu_info[i].routine_amsg_lock);
297                 printk("Core %d's immed_emp: %d, routine_emp %d\n", i, immed_emp,
298                routine_emp);
299                 if (!immed_emp) {
300                         kmsg = STAILQ_FIRST(&per_cpu_info[i].immed_amsgs);
301                         printk("Immed msg on core %d:\n", i);
302                         printk("\tsrc:  %d\n", kmsg->srcid);
303                         printk("\tdst:  %d\n", kmsg->dstid);
304                         printk("\tpc:   %p\n", kmsg->pc);
305                         printk("\targ0: %p\n", kmsg->arg0);
306                         printk("\targ1: %p\n", kmsg->arg1);
307                         printk("\targ2: %p\n", kmsg->arg2);
308                 }
309                 if (!routine_emp) {
310                         kmsg = STAILQ_FIRST(&per_cpu_info[i].routine_amsgs);
311                         printk("Routine msg on core %d:\n", i);
312                         printk("\tsrc:  %d\n", kmsg->srcid);
313                         printk("\tdst:  %d\n", kmsg->dstid);
314                         printk("\tpc:   %p\n", kmsg->pc);
315                         printk("\targ0: %p\n", kmsg->arg0);
316                         printk("\targ1: %p\n", kmsg->arg1);
317                         printk("\targ2: %p\n", kmsg->arg2);
318                 }
319
320         }
321 }
322
323 void print_kctx_depths(const char *str)
324 {
325         uint32_t coreid = core_id();
326         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
327
328         if (!str)
329                 str = "(none)";
330         printk("%s: Core %d, irq depth %d, ktrap depth %d, irqon %d\n", str, coreid,
331                irq_depth(pcpui), ktrap_depth(pcpui), irq_is_enabled());
332 }
333
334 void print_user_ctx(struct user_context *ctx)
335 {
336         switch (ctx->type) {
337         case ROS_HW_CTX:
338                 print_trapframe(&ctx->tf.hw_tf);
339                 break;
340         case ROS_SW_CTX:
341                 print_swtrapframe(&ctx->tf.sw_tf);
342                 break;
343         case ROS_VM_CTX:
344                 print_vmtrapframe(&ctx->tf.vm_tf);
345                 break;
346         default:
347                 printk("Bad TF %p type %d!\n", ctx, ctx->type);
348         }
349 }