vmm: Moves gpci into guest_thread
[akaros.git] / user / parlib / uthread.c
1 /* Copyright (c) 2011-2014 The Regents of the University of California
2  * Barret Rhoden <brho@cs.berkeley.edu>
3  * See LICENSE for details. */
4
5 #include <ros/arch/membar.h>
6 #include <parlib/arch/atomic.h>
7 #include <parlib/parlib.h>
8 #include <parlib/vcore.h>
9 #include <parlib/uthread.h>
10 #include <parlib/event.h>
11 #include <stdlib.h>
12 #include <parlib/assert.h>
13 #include <parlib/stdio.h>
14 #include <parlib/arch/trap.h>
15 #include <parlib/ros_debug.h>
16
17 __thread struct uthread *current_uthread = 0;
18 /* ev_q for all preempt messages (handled here to keep 2LSs from worrying
19  * extensively about the details.  Will call out when necessary. */
20 static struct event_queue *preempt_ev_q;
21
22 /* Helpers: */
23 #define UTH_TLSDESC_NOTLS (void*)(-1)
24 static inline bool __uthread_has_tls(struct uthread *uthread);
25 static int __uthread_allocate_tls(struct uthread *uthread);
26 static int __uthread_reinit_tls(struct uthread *uthread);
27 static void __uthread_free_tls(struct uthread *uthread);
28 static void __run_current_uthread_raw(void);
29
30 static void handle_vc_preempt(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
31                               void *data);
32 static void handle_vc_indir(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
33                             void *data);
34 static void __ros_uth_syscall_blockon(struct syscall *sysc);
35
36 /* Helper, initializes a fresh uthread to be thread0. */
37 static void uthread_init_thread0(struct uthread *uthread)
38 {
39         assert(uthread);
40         /* Save a pointer to thread0's tls region (the glibc one) into its tcb */
41         uthread->tls_desc = get_tls_desc();
42         /* Save a pointer to the uthread in its own TLS */
43         current_uthread = uthread;
44         /* Thread is currently running (it is 'us') */
45         uthread->state = UT_RUNNING;
46         /* Thread is detached */
47         atomic_set(&uthread->join_ctl.state, UTH_JOIN_DETACHED);
48         /* Reset the signal state */
49         uthread->sigstate.mask = 0;
50         __sigemptyset(&uthread->sigstate.pending);
51         uthread->sigstate.data = NULL;
52         /* utf/as doesn't represent the state of the uthread (we are running) */
53         uthread->flags &= ~(UTHREAD_SAVED | UTHREAD_FPSAVED);
54         /* need to track thread0 for TLS deallocation */
55         uthread->flags |= UTHREAD_IS_THREAD0;
56         uthread->notif_disabled_depth = 0;
57         /* setting the uthread's TLS var.  this is idempotent for SCPs (us) */
58         __vcoreid = 0;
59 }
60
61 /* Helper, makes VC ctx tracks uthread as its current_uthread in its TLS.
62  *
63  * Whether or not uthreads have TLS, thread0 has TLS, given to it by glibc.
64  * This TLS will get set whenever we use thread0, regardless of whether or not
65  * we use TLS for uthreads in general.  glibc cares about this TLS and will use
66  * it at exit.  We can't simply use that TLS for VC0 either, since we don't know
67  * where thread0 will be running when the program ends. */
68 static void uthread_track_thread0(struct uthread *uthread)
69 {
70         set_tls_desc(get_vcpd_tls_desc(0));
71         begin_safe_access_tls_vars();
72         current_uthread = uthread;
73         __vcore_context = TRUE;
74         end_safe_access_tls_vars();
75         set_tls_desc(uthread->tls_desc);
76 }
77
78 /* The real 2LS calls this to transition us into mcp mode.  When it
79  * returns, you're in _M mode, still running thread0, on vcore0 */
80 void uthread_mcp_init()
81 {
82         /* Prevent this from happening more than once. */
83         parlib_init_once_racy(return);
84
85         /* Doing this after the init_once check, since we don't want to let the
86          * process/2LS change their mind about being an MCP or not once they have
87          * multiple threads.
88          *
89          * The reason is that once you set "MCP please" on, you could get
90          * interrupted into VC ctx, say for a syscall completion, and then make
91          * decisions based on the fact that you're an MCP (e.g., unblocking a
92          * uthread, asking for vcores, etc), even though you are not an MCP.
93          * Arguably, these things could happen for signals too, but all of this is
94          * less likely than if we have multiple threads.
95          *
96          * Also, we could just abort here, since they shouldn't be calling
97          * mcp_init() if they don't want to be an MCP. */
98         if (!parlib_wants_to_be_mcp)
99                 return;
100
101         /* Receive preemption events.  Note that this merely tells the kernel how to
102          * send the messages, and does not necessarily provide storage space for the
103          * messages.  What we're doing is saying that all PREEMPT and CHECK_MSGS
104          * events should be spammed to vcores that are running, preferring whatever
105          * the kernel thinks is appropriate.  And IPI them.
106          *
107          * It is critical that these are either SPAM_PUB or INDIR|SPAM_INDIR, so
108          * that yielding vcores do not miss the preemption messages. */
109         register_ev_handler(EV_VCORE_PREEMPT, handle_vc_preempt, 0);
110         register_ev_handler(EV_CHECK_MSGS, handle_vc_indir, 0);
111         preempt_ev_q = get_eventq_slim();       /* small ev_q, mostly a vehicle for flags */
112         preempt_ev_q->ev_flags = EVENT_IPI | EVENT_SPAM_PUBLIC | EVENT_VCORE_APPRO |
113                                                          EVENT_VCORE_MUST_RUN | EVENT_WAKEUP;
114         /* Tell the kernel to use the ev_q (it's settings) for the two types.  Note
115          * that we still have two separate handlers.  We just want the events
116          * delivered in the same way.  If we ever want to have a big_event_q with
117          * INDIRs, we could consider using separate ones. */
118         register_kevent_q(preempt_ev_q, EV_VCORE_PREEMPT);
119         register_kevent_q(preempt_ev_q, EV_CHECK_MSGS);
120         printd("[user] registered %08p (flags %08p) for preempt messages\n",
121                preempt_ev_q, preempt_ev_q->ev_flags);
122         /* Get ourselves into _M mode.  Could consider doing this elsewhere... */
123         vcore_change_to_m();
124 }
125
126 /* Helper: tells the kernel our SCP is capable of going into vcore context on
127  * vcore 0.  Pairs with k/s/process.c scp_is_vcctx_ready(). */
128 static void scp_vcctx_ready(void)
129 {
130         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(0);
131         long old_flags;
132         /* the CAS is a bit overkill; keeping it around in case people use this
133          * code in other situations. */
134         do {
135                 old_flags = atomic_read(&vcpd->flags);
136                 /* Spin if the kernel is mucking with the flags */
137                 while (old_flags & VC_K_LOCK)
138                         old_flags = atomic_read(&vcpd->flags);
139         } while (!atomic_cas(&vcpd->flags, old_flags,
140                              old_flags & ~VC_SCP_NOVCCTX));
141 }
142
143 /* For both of these, VC ctx uses the usual TLS errno/errstr.  Uthreads use
144  * their own storage.  Since we're called after manage_thread0, we should always
145  * have current_uthread if we are not in vc ctx. */
146 static int *__ros_errno_loc(void)
147 {
148         if (in_vcore_context())
149                 return __errno_location_tls();
150         else
151                 return &current_uthread->err_no;
152 }
153
154 static char *__ros_errstr_loc(void)
155 {
156         if (in_vcore_context())
157                 return __errstr_location_tls();
158         else
159                 return current_uthread->err_str;
160 }
161
162 static void __attribute__((constructor)) uthread_lib_ctor(void)
163 {
164         /* Surprise!  Parlib's ctors also run in shared objects.  We can't have
165          * multiple versions of parlib (with multiple data structures). */
166         if (__in_fake_parlib())
167                 return;
168         /* Need to make sure vcore_lib_init() runs first */
169         vcore_lib_init();
170         /* Instead of relying on ctors for the specific 2LS, we make sure they are
171          * called next.  They will call uthread_2ls_init().
172          *
173          * The potential issue here is that C++ ctors might make use of the GCC/C++
174          * threading callbacks, which require the full 2LS.  There's no linkage
175          * dependency  between C++ and the specific 2LS, so there's no way to be
176          * sure the 2LS actually turned on before we started calling into it.
177          *
178          * Hopefully, the uthread ctor was called in time, since the GCC threading
179          * functions link against parlib.  Note that, unlike parlib-compat.c, there
180          * are no stub functions available to GCC that could get called by
181          * accident and prevent the linkage. */
182         sched_ops->sched_init();
183 }
184
185 /* The 2LS calls this, passing in a uthread representing thread0 and its
186  * syscall handling routine.  (NULL is fine).  The 2LS sched_ops is known
187  * statically (via symbol overrides).
188  *
189  * This is where parlib (and whatever 2LS is linked in) takes over control of
190  * scheduling, including handling notifications, having sched_entry() called,
191  * blocking syscalls, and handling syscall completion events.  Before this
192  * call, these things are handled by slim functions in glibc (e.g. early
193  * function pointers for ros_blockon) and by the kernel.  The kerne's role was
194  * to treat the process specially until we call scp_vcctx_ready(): things like
195  * no __notify, no sched_entry, etc.
196  *
197  * We need to be careful to not start using the 2LS before it is fully ready.
198  * For instance, once we change ros_blockon, we could have a blocking syscall
199  * (e.g. for something glibc does) and the rest of the 2LS code expects things
200  * to be in place.
201  *
202  * In older versions of this code, we would hop from the thread0 sched to the
203  * real 2LSs sched, which meant we had to be very careful.  But now that we
204  * only do this once, we can do all the prep work and then take over from
205  * glibc's early SCP setup.  Specifically, notifs are disabled (due to the
206  * early SCP ctx) and syscalls won't use the __ros_uth_syscall_blockon, so we
207  * shouldn't get a syscall event.
208  *
209  * Still, if you have things like an outstanding async syscall, then you'll
210  * have issues.  Most likely it would complete and you'd never hear about it.
211  *
212  * Note that some 2LS ops can be called even before we've initialized the 2LS!
213  * Some ops, like the sync_obj ops, are called when initializing an uncontested
214  * mutex, which could be called from glibc (e.g. malloc).  Hopefully that's
215  * fine - we'll see!  I imagine a contested mutex would be a disaster (during
216  * the unblock), which shouldn't happen as we are single threaded. */
217 void uthread_2ls_init(struct uthread *uthread,
218                       void (*handle_sysc)(struct event_msg *, unsigned int,
219                                           void *),
220                       void *data)
221 {
222         struct ev_handler *new_h = NULL;
223
224         if (handle_sysc) {
225                 new_h = malloc(sizeof(struct ev_handler));
226                 assert(new_h);
227                 new_h->func = handle_sysc;
228                 new_h->data = data;
229                 new_h->next = NULL;
230                 assert(!ev_handlers[EV_SYSCALL]);
231                 ev_handlers[EV_SYSCALL] = new_h;
232         }
233         uthread_init_thread0(uthread);
234         uthread_track_thread0(uthread);
235         /* Switch our errno/errstr functions to be uthread-aware.  See glibc's
236          * errno.c for more info. */
237         ros_errno_loc = __ros_errno_loc;
238         ros_errstr_loc = __ros_errstr_loc;
239         register_ev_handler(EV_EVENT, handle_ev_ev, 0);
240         cmb();
241         /* Now that we're ready (I hope) to operate as a full process, we tell the
242          * kernel.  We must set vcctx and blockon atomically with respect to
243          * syscalls, meaning no syscalls in between. */
244         scp_vcctx_ready();
245         /* Change our blockon from glibc's internal one to the regular one, which
246          * uses vcore context and works for SCPs (with or without 2LS) and MCPs.
247          * Now that we told the kernel we are ready to utilize vcore context, we
248          * need our blocking syscalls to utilize it as well. */
249         ros_syscall_blockon = __ros_uth_syscall_blockon;
250         cmb();
251         init_posix_signals();
252         /* Accept diagnostic events.  Other parts of the program/libraries can
253          * register handlers to run.  You can kick these with "notify PID 9". */
254         enable_kevent(EV_FREE_APPLE_PIE, 0, EVENT_IPI | EVENT_WAKEUP |
255                                             EVENT_SPAM_PUBLIC);
256 }
257
258 /* 2LSs shouldn't call uthread_vcore_entry directly */
259 void __attribute__((noreturn)) uthread_vcore_entry(void)
260 {
261         uint32_t vcoreid = vcore_id();
262         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(vcoreid);
263         /* Should always have notifications disabled when coming in here. */
264         assert(!notif_is_enabled(vcoreid));
265         assert(in_vcore_context());
266         /* If someone is stealing our uthread (from when we were preempted before),
267          * we can't touch our uthread.  But we might be the last vcore around, so
268          * we'll handle preemption events (spammed to our public mbox).
269          *
270          * It's important that we only check/handle one message per loop, otherwise
271          * we could get stuck in a ping-pong scenario with a recoverer (maybe). */
272         while (atomic_read(&vcpd->flags) & VC_UTHREAD_STEALING) {
273                 /* Note we're handling INDIRs and other public messages while someone
274                  * is stealing our uthread.  Remember that those event handlers cannot
275                  * touch cur_uth, as it is "vcore business". */
276                 handle_one_mbox_msg(&vcpd->ev_mbox_public);
277                 cpu_relax();
278         }
279         /* If we have a current uthread that is DONT_MIGRATE, pop it real quick and
280          * let it disable notifs (like it wants to).  Other than dealing with
281          * preemption events (or other INDIRs), we shouldn't do anything in vc_ctx
282          * when we have a DONT_MIGRATE uthread. */
283         if (current_uthread && (current_uthread->flags & UTHREAD_DONT_MIGRATE))
284                 __run_current_uthread_raw();
285         /* Check and see if we wanted ourselves to handle a remote VCPD mbox.  Want
286          * to do this after we've handled STEALING and DONT_MIGRATE. */
287         try_handle_remote_mbox();
288         /* Otherwise, go about our usual vcore business (messages, etc). */
289         handle_events(vcoreid);
290         __check_preempt_pending(vcoreid);
291         assert(in_vcore_context());     /* double check, in case an event changed it */
292         sched_ops->sched_entry();
293         assert(0); /* 2LS sched_entry should never return */
294 }
295
296 /* Does the uthread initialization of a uthread that the caller created.  Call
297  * this whenever you are "starting over" with a thread. */
298 void uthread_init(struct uthread *new_thread, struct uth_thread_attr *attr)
299 {
300         int ret;
301         assert(new_thread);
302         new_thread->state = UT_NOT_RUNNING;
303         /* Set the signal state. */
304         if (current_uthread)
305                 new_thread->sigstate.mask = current_uthread->sigstate.mask;
306         else
307                 new_thread->sigstate.mask = 0;
308         __sigemptyset(&new_thread->sigstate.pending);
309         new_thread->sigstate.data = NULL;
310         new_thread->flags = 0;
311         new_thread->sysc = NULL;
312         /* the utf holds the GP context of the uthread (set by the 2LS earlier).
313          * There is no FP context to be restored yet.  We only save the FPU when we
314          * were interrupted off a core. */
315         new_thread->flags |= UTHREAD_SAVED;
316         new_thread->notif_disabled_depth = 0;
317         /* TODO: on a reinit, if they changed whether or not they want TLS, we'll
318          * have issues (checking tls_desc, assert in allocate_tls, maybe more). */
319         if (attr && attr->want_tls) {
320                 /* Get a TLS.  If we already have one, reallocate/refresh it */
321                 if (new_thread->tls_desc)
322                         ret = __uthread_reinit_tls(new_thread);
323                 else
324                         ret = __uthread_allocate_tls(new_thread);
325                 assert(!ret);
326                 begin_access_tls_vars(new_thread->tls_desc);
327                 current_uthread = new_thread;
328                 /* ctypes stores locale info in TLS.  we need this only once per TLS, so
329                  * we don't have to do it here, but it is convenient since we already
330                  * loaded the uthread's TLS. */
331                 extern void __ctype_init(void);
332                 __ctype_init();
333                 end_access_tls_vars();
334         } else {
335                 new_thread->tls_desc = UTH_TLSDESC_NOTLS;
336         }
337         if (attr && attr->detached)
338                 atomic_set(&new_thread->join_ctl.state, UTH_JOIN_DETACHED);
339         else
340                 atomic_set(&new_thread->join_ctl.state, UTH_JOIN_JOINABLE);
341 }
342
343 /* This is a wrapper for the sched_ops thread_runnable, for use by functions
344  * outside the main 2LS.  Do not put anything important in this, since the 2LSs
345  * internally call their sched op.  This is to improve batch wakeups (barriers,
346  * etc) */
347 void uthread_runnable(struct uthread *uthread)
348 {
349         assert(sched_ops->thread_runnable);
350         sched_ops->thread_runnable(uthread);
351 }
352
353 /* Informs the 2LS that its thread blocked, and it is not under the control of
354  * the 2LS.  This is for informational purposes, and some semantic meaning
355  * should be passed by flags (from uthread.h's UTH_EXT_BLK_xxx options).
356  * Eventually, whoever calls this will call uthread_runnable(), giving the
357  * thread back to the 2LS.  If the 2LS provide sync ops, it will have a say in
358  * which thread wakes up at a given time.
359  *
360  * If code outside the 2LS has blocked a thread (via uthread_yield) and ran its
361  * own callback/yield_func instead of some 2LS code, that callback needs to
362  * call this.
363  *
364  * AKA: obviously_a_uthread_has_blocked_in_lincoln_park() */
365 void uthread_has_blocked(struct uthread *uthread, int flags)
366 {
367         assert(sched_ops->thread_has_blocked);
368         sched_ops->thread_has_blocked(uthread, flags);
369 }
370
371 /* Function indicating an external event has temporarily paused a uthread, but
372  * it is ok to resume it if possible. */
373 void uthread_paused(struct uthread *uthread)
374 {
375         /* Call out to the 2LS to let it know the uthread was paused for some
376          * reason, but it is ok to resume it now. */
377     assert(uthread->state == UT_NOT_RUNNING);
378     assert(sched_ops->thread_paused);
379     sched_ops->thread_paused(uthread);
380 }
381
382 /* Need to have this as a separate, non-inlined function since we clobber the
383  * stack pointer before calling it, and don't want the compiler to play games
384  * with my hart. */
385 static void __attribute__((noinline, noreturn))
386 __uthread_yield(void)
387 {
388         struct uthread *uthread = current_uthread;
389         assert(in_vcore_context());
390         assert(!notif_is_enabled(vcore_id()));
391         /* Note: we no longer care if the thread is exiting, the 2LS will call
392          * uthread_destroy() */
393         uthread->flags &= ~UTHREAD_DONT_MIGRATE;
394         uthread->state = UT_NOT_RUNNING;
395         /* Any locks that were held before the yield must be unlocked in the
396          * callback.  That callback won't get a chance to update our disabled depth.
397          * This sets us up for the next time the uthread runs. */
398         assert(uthread->notif_disabled_depth <= 1);
399         uthread->notif_disabled_depth = 0;
400         /* Do whatever the yielder wanted us to do */
401         assert(uthread->yield_func);
402         uthread->yield_func(uthread, uthread->yield_arg);
403         /* Make sure you do not touch uthread after that func call */
404         /* Leave the current vcore completely */
405         /* TODO: if the yield func can return a failure, we can abort the yield */
406         current_uthread = NULL;
407         /* Go back to the entry point, where we can handle notifications or
408          * reschedule someone. */
409         uthread_vcore_entry();
410 }
411
412 /* Calling thread yields for some reason.  Set 'save_state' if you want to ever
413  * run the thread again.  Once in vcore context in __uthread_yield, yield_func
414  * will get called with the uthread and yield_arg passed to it.  This way, you
415  * can do whatever you want when you get into vcore context, which can be
416  * thread_blockon_sysc, unlocking mutexes, joining, whatever.
417  *
418  * If you do *not* pass a 2LS sched op or other 2LS function as yield_func,
419  * then you must also call uthread_has_blocked(flags), which will let the 2LS
420  * know a thread blocked beyond its control (and why). */
421 void uthread_yield(bool save_state, void (*yield_func)(struct uthread*, void*),
422                    void *yield_arg)
423 {
424         struct uthread *uthread = current_uthread;
425         volatile bool yielding = TRUE; /* signal to short circuit when restarting */
426         assert(!in_vcore_context());
427         assert(uthread->state == UT_RUNNING);
428         /* Pass info to ourselves across the uth_yield -> __uth_yield transition. */
429         uthread->yield_func = yield_func;
430         uthread->yield_arg = yield_arg;
431         /* Don't migrate this thread to another vcore, since it depends on being on
432          * the same vcore throughout (once it disables notifs).  The race is that we
433          * read vcoreid, then get interrupted / migrated before disabling notifs. */
434         uthread->flags |= UTHREAD_DONT_MIGRATE;
435         cmb();  /* don't let DONT_MIGRATE write pass the vcoreid read */
436         uint32_t vcoreid = vcore_id();
437         printd("[U] Uthread %08p is yielding on vcore %d\n", uthread, vcoreid);
438         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(vcoreid);
439         /* once we do this, we might miss a notif_pending, so we need to enter vcore
440          * entry later.  Need to disable notifs so we don't get in weird loops with
441          * save_user_ctx() and pop_user_ctx(). */
442         disable_notifs(vcoreid);
443         /* take the current state and save it into t->utf when this pthread
444          * restarts, it will continue from right after this, see yielding is false,
445          * and short ciruit the function.  Don't do this if we're dying. */
446         if (save_state) {
447                 /* Need to signal this before we actually save, since save_user_ctx
448                  * returns() twice (once now, once when woken up) */
449                 uthread->flags |= UTHREAD_SAVED;
450                 save_user_ctx(&uthread->u_ctx);
451         }
452         cmb();  /* Force reread of yielding. Technically save_user_ctx() suffices*/
453         /* Restart path doesn't matter if we're dying */
454         if (!yielding)
455                 goto yield_return_path;
456         /* From here on down is only executed on the save path (not the wake up) */
457         yielding = FALSE; /* for when it starts back up */
458         /* TODO: remove this when all arches support SW contexts */
459         if (save_state && (uthread->u_ctx.type != ROS_SW_CTX)) {
460                 save_fp_state(&uthread->as);
461                 uthread->flags |= UTHREAD_FPSAVED;
462         }
463         /* Change to the transition context (both TLS (if applicable) and stack). */
464         if (__uthread_has_tls(uthread)) {
465                 set_tls_desc(get_vcpd_tls_desc(vcoreid));
466                 begin_safe_access_tls_vars();
467                 assert(current_uthread == uthread);
468                 /* If this assert fails, see the note in uthread_track_thread0 */
469                 assert(in_vcore_context());
470                 end_safe_access_tls_vars();
471         } else {
472                 /* Since uthreads and vcores share TLS (it's always the vcore's TLS, the
473                  * uthread one just bootstraps from it), we need to change our state at
474                  * boundaries between the two 'contexts' */
475                 __vcore_context = TRUE;
476         }
477         /* After this, make sure you don't use local variables.  Also, make sure the
478          * compiler doesn't use them without telling you (TODO).
479          *
480          * In each arch's set_stack_pointer, make sure you subtract off as much room
481          * as you need to any local vars that might be pushed before calling the
482          * next function, or for whatever other reason the compiler/hardware might
483          * walk up the stack a bit when calling a noreturn function. */
484         set_stack_pointer((void*)vcpd->vcore_stack);
485         /* Finish exiting in another function. */
486         __uthread_yield();
487         /* Should never get here */
488         assert(0);
489         /* Will jump here when the uthread's trapframe is restarted/popped. */
490 yield_return_path:
491         printd("[U] Uthread %08p returning from a yield!\n", uthread);
492 }
493
494 /* We explicitly don't support sleep(), since old callers of it have
495  * expectations of being woken up by signal handlers.  If we need that, we can
496  * build it in to sleep() later.  If you just want to sleep for a while, call
497  * this helper. */
498 void uthread_sleep(unsigned int seconds)
499 {
500         sys_block(seconds * 1000000);   /* usec sleep */
501 }
502 /* If we are providing a dummy sleep function, might as well provide the more
503  * accurate/useful one. */
504 void uthread_usleep(unsigned int usecs)
505 {
506         sys_block(usecs);       /* usec sleep */
507 }
508
509 static void __sleep_forever_cb(struct uthread *uth, void *arg)
510 {
511         uthread_has_blocked(uth, UTH_EXT_BLK_MISC);
512 }
513
514 void __attribute__((noreturn)) uthread_sleep_forever(void)
515 {
516         uthread_yield(FALSE, __sleep_forever_cb, NULL);
517         assert(0);
518 }
519
520 /* Cleans up the uthread (the stuff we did in uthread_init()).  If you want to
521  * destroy a currently running uthread, you'll want something like
522  * pthread_exit(), which yields, and calls this from its sched_ops yield. */
523 void uthread_cleanup(struct uthread *uthread)
524 {
525         printd("[U] thread %08p on vcore %d is DYING!\n", uthread, vcore_id());
526         /* we alloc and manage the TLS, so lets get rid of it, except for thread0.
527          * glibc owns it.  might need to keep it around for a full exit() */
528         if (__uthread_has_tls(uthread) && !(uthread->flags & UTHREAD_IS_THREAD0))
529                 __uthread_free_tls(uthread);
530 }
531
532 static void __ros_syscall_spinon(struct syscall *sysc)
533 {
534         while (!(atomic_read(&sysc->flags) & (SC_DONE | SC_PROGRESS)))
535                 cpu_relax();
536 }
537
538 static void __ros_vcore_ctx_syscall_blockon(struct syscall *sysc)
539 {
540         if (in_multi_mode()) {
541                 /* MCP vcore's don't know what to do yet, so we have to spin */
542                 __ros_syscall_spinon(sysc);
543         } else {
544                 /* SCPs can use the early blockon, which acts like VC ctx. */
545                 __ros_early_syscall_blockon(sysc);
546         }
547 }
548
549 /* Attempts to block on sysc, returning when it is done or progress has been
550  * made.  Made for initialized processes using uthreads. */
551 static void __ros_uth_syscall_blockon(struct syscall *sysc)
552 {
553         if (in_vcore_context()) {
554                 __ros_vcore_ctx_syscall_blockon(sysc);
555                 return;
556         }
557         /* At this point, we know we're a uthread.  If we're a DONT_MIGRATE uthread,
558          * then it's disabled notifs and is basically in vcore context, enough so
559          * that it can't call into the 2LS. */
560         assert(current_uthread);
561         if (current_uthread->flags & UTHREAD_DONT_MIGRATE) {
562                 assert(!notif_is_enabled(vcore_id()));  /* catch bugs */
563                 /* if we had a notif_disabled_depth, then we should also have
564                  * DONT_MIGRATE set */
565                 __ros_vcore_ctx_syscall_blockon(sysc);
566                 return;
567         }
568         assert(!current_uthread->notif_disabled_depth);
569         /* double check before doing all this crap */
570         if (atomic_read(&sysc->flags) & (SC_DONE | SC_PROGRESS))
571                 return;
572         /* for both debugging and syscall cancelling */
573         current_uthread->sysc = sysc;
574         /* yield, calling 2ls-blockon(cur_uth, sysc) on the other side */
575         uthread_yield(TRUE, sched_ops->thread_blockon_sysc, sysc);
576 }
577
578 /* 2LS helper.  Run this from vcore context.  It will block a uthread on it's
579  * internal syscall struct, which should be an async call.  You'd use this in
580  * e.g. thread_refl_fault when the 2LS initiates a syscall on behalf of the
581  * uthread. */
582 void __block_uthread_on_async_sysc(struct uthread *uth)
583 {
584         assert(in_vcore_context());
585         uth->sysc = &uth->local_sysc;
586         /* If a DONT_MIGRATE issued a syscall that blocks, we gotta spin, same as
587          * with the usual blockon. */
588         if (uth->flags & UTHREAD_DONT_MIGRATE) {
589                 __ros_vcore_ctx_syscall_blockon(uth->sysc);
590                 uth->sysc = 0;
591                 return;
592         }
593         sched_ops->thread_blockon_sysc(uth, uth->sysc);
594 }
595
596 /* Simply sets current uthread to be whatever the value of uthread is.  This
597  * can be called from outside of sched_entry() to highjack the current context,
598  * and make sure that the new uthread struct is used to store this context upon
599  * yielding, etc. USE WITH EXTREME CAUTION! */
600 void highjack_current_uthread(struct uthread *uthread)
601 {
602         uint32_t vcoreid = vcore_id();
603         assert(uthread != current_uthread);
604         current_uthread->state = UT_NOT_RUNNING;
605         uthread->state = UT_RUNNING;
606         /* Make sure the vcore is tracking the new uthread struct */
607         if (__uthread_has_tls(current_uthread))
608                 vcore_set_tls_var(current_uthread, uthread);
609         else
610                 current_uthread = uthread;
611         /* and make sure we are using the correct TLS for the new uthread */
612         if (__uthread_has_tls(uthread)) {
613                 assert(uthread->tls_desc);
614                 set_tls_desc(uthread->tls_desc);
615                 begin_safe_access_tls_vars();
616                 __vcoreid = vcoreid;    /* setting the uthread's TLS var */
617                 end_safe_access_tls_vars();
618         }
619 }
620
621 /* Helper: loads a uthread's TLS on this vcore, if applicable.  If our uthreads
622  * do not have their own TLS, we simply switch the __vc_ctx, signalling that the
623  * context running here is (soon to be) a uthread. */
624 static void set_uthread_tls(struct uthread *uthread, uint32_t vcoreid)
625 {
626         if (__uthread_has_tls(uthread)) {
627                 set_tls_desc(uthread->tls_desc);
628                 begin_safe_access_tls_vars();
629                 __vcoreid = vcoreid;    /* setting the uthread's TLS var */
630                 end_safe_access_tls_vars();
631         } else {
632                 __vcore_context = FALSE;
633         }
634 }
635
636 /* Attempts to handle a fault for uth, etc */
637 static void handle_refl_fault(struct uthread *uth, struct user_context *ctx)
638 {
639         sched_ops->thread_refl_fault(uth, ctx);
640 }
641
642 /* 2LS helper: stops the current uthread, saves its state, and returns a pointer
643  * to it.  Unlike __uthread_pause, which is called by non-specific 2LS code,
644  * this function is called by a specific 2LS to stop it's current uthread. */
645 struct uthread *stop_current_uthread(void)
646 {
647         struct uthread *uth;
648         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(vcore_id());
649
650         uth = current_uthread;
651         current_uthread = 0;
652         if (!(uth->flags & UTHREAD_SAVED)) {
653                 uth->u_ctx = vcpd->uthread_ctx;
654                 uth->flags |= UTHREAD_SAVED;
655         }
656         if ((uth->u_ctx.type != ROS_SW_CTX) && !(uth->flags & UTHREAD_FPSAVED)) {
657                 save_fp_state(&uth->as);
658                 uth->flags |= UTHREAD_FPSAVED;
659         }
660         uth->state = UT_NOT_RUNNING;
661         return uth;
662 }
663
664 /* Run the thread that was current_uthread, from a previous run.  Should be
665  * called only when the uthread already was running, and we were interrupted by
666  * the kernel (event, etc).  Do not call this to run a fresh uthread, even if
667  * you've set it to be current. */
668 void __attribute__((noreturn)) run_current_uthread(void)
669 {
670         struct uthread *uth;
671         uint32_t vcoreid = vcore_id();
672         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(vcoreid);
673         assert(current_uthread);
674         assert(current_uthread->state == UT_RUNNING);
675         /* Uth was already running, should not have been saved */
676         assert(!(current_uthread->flags & UTHREAD_SAVED));
677         assert(!(current_uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED));
678         printd("[U] Vcore %d is restarting uthread %08p\n", vcoreid,
679                current_uthread);
680         if (has_refl_fault(&vcpd->uthread_ctx)) {
681                 clear_refl_fault(&vcpd->uthread_ctx);
682                 /* we preemptively copy out and make non-running, so that there is a
683                  * consistent state for the handler.  it can then block the uth or
684                  * whatever. */
685                 uth = stop_current_uthread();
686                 handle_refl_fault(uth, &vcpd->uthread_ctx);
687                 /* we abort no matter what.  up to the 2LS to reschedule the thread */
688                 set_stack_pointer((void*)vcpd->vcore_stack);
689                 vcore_entry();
690         }
691         /* Go ahead and start the uthread */
692         set_uthread_tls(current_uthread, vcoreid);
693         /* Run, using the TF in the VCPD.  FP state should already be loaded */
694         pop_user_ctx(&vcpd->uthread_ctx, vcoreid);
695         assert(0);
696 }
697
698 /* Launches the uthread on the vcore.  Don't call this on current_uthread. 
699  *
700  * In previous versions of this, we used to check for events after setting
701  * current_uthread.  That is super-dangerous.  handle_events() doesn't always
702  * return (which we used to handle), and it may also clear current_uthread.  We
703  * needed to save uthread in current_uthread, in case we didn't return.  If we
704  * didn't return, the vcore started over at vcore_entry, with current set.  When
705  * this happens, we never actually had loaded cur_uth's FP and GP onto the core,
706  * so cur_uth fails.  Check out 4602599be for more info.
707  *
708  * Ultimately, handling events again in these 'popping helpers' isn't even
709  * necessary (we only must do it once for an entire time in VC ctx, and in
710  * loops), and might have been optimizing a rare event at a cost in both
711  * instructions and complexity. */
712 void __attribute__((noreturn)) run_uthread(struct uthread *uthread)
713 {
714         uint32_t vcoreid = vcore_id();
715         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(vcoreid);
716         assert(!current_uthread);
717         assert(uthread->state == UT_NOT_RUNNING);
718         assert(uthread->flags & UTHREAD_SAVED);
719         /* For HW/VM CTX, FPSAVED must match UTH SAVE (and both be on here).  For
720          * SW, FP should never be saved. */
721         switch (uthread->u_ctx.type) {
722         case ROS_HW_CTX:
723                 assert(uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED);
724                 break;
725         case ROS_SW_CTX:
726                 assert(!(uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED));
727                 break;
728         case ROS_VM_CTX:
729                 /* Don't care.  This gives it the state of the vcore when it starts up.
730                  * If we care about leaking FPU / XMM state, we can create a new one for
731                  * every VM TF (or vthread reuse). */
732                 break;
733         }
734         if (has_refl_fault(&uthread->u_ctx)) {
735                 clear_refl_fault(&uthread->u_ctx);
736                 handle_refl_fault(uthread, &uthread->u_ctx);
737                 /* we abort no matter what.  up to the 2LS to reschedule the thread */
738                 set_stack_pointer((void*)vcpd->vcore_stack);
739                 vcore_entry();
740         }
741         uthread->state = UT_RUNNING;
742         /* Save a ptr to the uthread we'll run in the transition context's TLS */
743         current_uthread = uthread;
744         if (uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED) {
745                 uthread->flags &= ~UTHREAD_FPSAVED;
746                 restore_fp_state(&uthread->as);
747         }
748         set_uthread_tls(uthread, vcoreid);
749         /* the uth's context will soon be in the cpu (or VCPD), no longer saved */
750         uthread->flags &= ~UTHREAD_SAVED;
751         pop_user_ctx(&uthread->u_ctx, vcoreid);
752         assert(0);
753 }
754
755 /* Runs the uthread, but doesn't care about notif pending.  Only call this when
756  * there was a DONT_MIGRATE uthread, or a similar situation where the uthread
757  * will check messages soon (like calling enable_notifs()). */
758 static void __run_current_uthread_raw(void)
759 {
760         uint32_t vcoreid = vcore_id();
761         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(vcoreid);
762         if (has_refl_fault(&vcpd->uthread_ctx)) {
763                 printf("Raw / DONT_MIGRATE uthread took a fault, exiting.\n");
764                 exit(-1);
765         }
766         /* We need to manually say we have a notif pending, so we eventually return
767          * to vcore context.  (note the kernel turned it off for us) */
768         vcpd->notif_pending = TRUE;
769         assert(!(current_uthread->flags & UTHREAD_SAVED));
770         assert(!(current_uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED));
771         set_uthread_tls(current_uthread, vcoreid);
772         pop_user_ctx_raw(&vcpd->uthread_ctx, vcoreid);
773         assert(0);
774 }
775
776 /* Copies the uthread trapframe and silly state from the vcpd to the uthread,
777  * subject to the uthread's flags and whatnot.
778  *
779  * For example: The uthread state might still be in the uthread struct.  Imagine
780  * the 2LS decides to run a new uthread and sets it up as current, but doesn't
781  * actually run it yet.  The 2LS happened to voluntarily give up the VC (due to
782  * some other event) and then wanted to copy out the thread.  This is pretty
783  * rare - the normal case is when an IRQ of some sort hit the core and the
784  * kernel copied the running state into VCPD.
785  *
786  * The FP state could also be in VCPD (e.g. preemption being handled remotely),
787  * it could be in the uthread struct (e.g. hasn't started running yet) or even
788  * in the FPU (e.g. took an IRQ/notif and we're handling the preemption of
789  * another vcore).
790  *
791  * There are some cases where we'll have a uthread SW ctx that needs to be
792  * copied out: uth syscalls, notif happens, and the core comes back from the
793  * kernel in VC ctx.  VC ctx calls copy_out (response to preempt_pending or done
794  * while handling a preemption). */
795 static void copyout_uthread(struct preempt_data *vcpd, struct uthread *uthread,
796                             bool vcore_local)
797 {
798         assert(uthread);
799         if (uthread->flags & UTHREAD_SAVED) {
800                 /* I don't know of scenarios where HW/VM ctxs FP state differs from GP*/
801                 switch (uthread->u_ctx.type) {
802                 case ROS_HW_CTX:
803                 case ROS_VM_CTX:
804                         assert(uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED);
805                 }
806                 assert(vcore_local);
807                 return;
808         }
809         /* If we're copying GP state, it must be in VCPD */
810         uthread->u_ctx = vcpd->uthread_ctx;
811         uthread->flags |= UTHREAD_SAVED;
812         printd("VC %d copying out uthread %08p\n", vcore_id(), uthread);
813         /* Software contexts do not need FP state, nor should we think it has any */
814         if (uthread->u_ctx.type == ROS_SW_CTX) {
815                 assert(!(uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED));
816                 return;
817         }
818         /* HW contexts also should not have it saved either.  Should be either in
819          * the VCPD or the FPU.  Yes, this is the same assert. */
820         assert(!(uthread->flags & UTHREAD_FPSAVED));
821         /* When we're dealing with the uthread running on our own vcore, the FP
822          * state is in the actual FPU, not VCPD.  It might also be in VCPD, but it
823          * will always be in the FPU (the kernel maintains this for us, in the event
824          * we were preempted since the uthread was last running). */
825         if (vcore_local)
826                 save_fp_state(&uthread->as);
827         else
828                 uthread->as = vcpd->preempt_anc;
829         uthread->flags |= UTHREAD_FPSAVED;
830 }
831
832 /* Helper, packages up and pauses a uthread that was running on vcoreid.  Used
833  * by preemption handling (and detection) so far.  Careful using this, esp if
834  * it is on another vcore (need to make sure it's not running!).  If you are
835  * using it on the local vcore, set vcore_local = TRUE. */
836 static void __uthread_pause(struct preempt_data *vcpd, struct uthread *uthread,
837                             bool vcore_local)
838 {
839         assert(!(uthread->flags & UTHREAD_DONT_MIGRATE));
840         copyout_uthread(vcpd, uthread, vcore_local);
841         uthread->state = UT_NOT_RUNNING;
842         /* Call out to the 2LS to package up its uthread */
843         assert(sched_ops->thread_paused);
844         sched_ops->thread_paused(uthread);
845 }
846
847 /* Deals with a pending preemption (checks, responds).  If the 2LS registered a
848  * function, it will get run.  Returns true if you got preempted.  Called
849  * 'check' instead of 'handle', since this isn't an event handler.  It's the "Oh
850  * shit a preempt is on its way ASAP".
851  *
852  * Be careful calling this: you might not return, so don't call it if you can't
853  * handle that.  If you are calling this from an event handler, you'll need to
854  * do things like ev_might_not_return().  If the event can via an INDIR ev_q,
855  * that ev_q must be a NOTHROTTLE.
856  *
857  * Finally, don't call this from a place that might have a DONT_MIGRATE
858  * cur_uth.  This should be safe for most 2LS code. */
859 bool __check_preempt_pending(uint32_t vcoreid)
860 {
861         bool retval = FALSE;
862         assert(in_vcore_context());
863         if (__preempt_is_pending(vcoreid)) {
864                 retval = TRUE;
865                 if (sched_ops->preempt_pending)
866                         sched_ops->preempt_pending();
867                 /* If we still have a cur_uth, copy it out and hand it back to the 2LS
868                  * before yielding. */
869                 if (current_uthread) {
870                         __uthread_pause(vcpd_of(vcoreid), current_uthread, TRUE);
871                         current_uthread = 0;
872                 }
873                 /* vcore_yield tries to yield, and will pop back up if this was a spurious
874                  * preempt_pending or if it handled an event.  For now, we'll just keep
875                  * trying to yield so long as a preempt is coming in.  Eventually, we'll
876                  * handle all of our events and yield, or else the preemption will hit
877                  * and someone will recover us (at which point we'll break out of the
878                  * loop) */
879                 while (__procinfo.vcoremap[vcoreid].preempt_pending) {
880                         vcore_yield(TRUE);
881                         cpu_relax();
882                 }
883         }
884         return retval;
885 }
886
887 /* Helper: This is a safe way for code to disable notifs if it *might* be called
888  * from uthread context (like from a notif_safe lock).  Pair this with
889  * uth_enable_notifs() unless you know what you're doing. */
890 void uth_disable_notifs(void)
891 {
892         if (!in_vcore_context()) {
893                 if (current_uthread) {
894                         if (current_uthread->notif_disabled_depth++)
895                                 goto out;
896                         current_uthread->flags |= UTHREAD_DONT_MIGRATE;
897                         cmb();  /* don't issue the flag write before the vcore_id() read */
898                 }
899                 disable_notifs(vcore_id());
900         }
901 out:
902         assert(!notif_is_enabled(vcore_id()));
903 }
904
905 /* Helper: Pair this with uth_disable_notifs(). */
906 void uth_enable_notifs(void)
907 {
908         if (!in_vcore_context()) {
909                 if (current_uthread) {
910                         if (--current_uthread->notif_disabled_depth)
911                                 return;
912                         current_uthread->flags &= ~UTHREAD_DONT_MIGRATE;
913                         cmb();  /* don't enable before ~DONT_MIGRATE */
914                 }
915                 enable_notifs(vcore_id());
916         }
917 }
918
919 void assert_can_block(void)
920 {
921         if (in_vcore_context())
922                 panic("Vcore context tried to block!");
923         if (!current_uthread) {
924                 /* Pre-parlib SCPs can do whatever. */
925                 if (atomic_read(&vcpd_of(0)->flags) & VC_SCP_NOVCCTX)
926                         return;
927                 panic("No current_uthread and tried to block!");
928         }
929         if (current_uthread->notif_disabled_depth)
930                 panic("Uthread tried to block with notifs disabled!");
931         if (current_uthread->flags & UTHREAD_DONT_MIGRATE)
932                 panic("Uthread tried to block with DONT_MIGRATE!");
933 }
934
935 /* Helper: returns TRUE if it succeeded in starting the uth stealing process. */
936 static bool start_uth_stealing(struct preempt_data *vcpd)
937 {
938         long old_flags;
939         do {
940                 old_flags = atomic_read(&vcpd->flags);
941                 /* Spin if the kernel is mucking with the flags */
942                 while (old_flags & VC_K_LOCK)
943                         old_flags = atomic_read(&vcpd->flags);
944                 /* Someone else is stealing, we failed */
945                 if (old_flags & VC_UTHREAD_STEALING)
946                         return FALSE;
947         } while (!atomic_cas(&vcpd->flags, old_flags,
948                              old_flags | VC_UTHREAD_STEALING));
949         return TRUE;
950 }
951
952 /* Helper: pairs with stop_uth_stealing */
953 static void stop_uth_stealing(struct preempt_data *vcpd)
954 {
955         long old_flags;
956         do {
957                 old_flags = atomic_read(&vcpd->flags);
958                 assert(old_flags & VC_UTHREAD_STEALING);        /* sanity */
959                 while (old_flags & VC_K_LOCK)
960                         old_flags = atomic_read(&vcpd->flags);
961         } while (!atomic_cas(&vcpd->flags, old_flags,
962                              old_flags & ~VC_UTHREAD_STEALING));
963 }
964
965 /* Handles INDIRS for another core (the public mbox).  We synchronize with the
966  * kernel (__set_curtf_to_vcoreid). */
967 static void handle_indirs(uint32_t rem_vcoreid)
968 {
969         long old_flags;
970         struct preempt_data *rem_vcpd = vcpd_of(rem_vcoreid);
971         /* Turn off their message reception if they are still preempted.  If they
972          * are no longer preempted, we do nothing - they will handle their own
973          * messages.  Turning off CAN_RCV will route this vcore's messages to
974          * fallback vcores (if those messages were 'spammed'). */
975         do {
976                 old_flags = atomic_read(&rem_vcpd->flags);
977                 while (old_flags & VC_K_LOCK)
978                         old_flags = atomic_read(&rem_vcpd->flags);
979                 if (!(old_flags & VC_PREEMPTED))
980                         return;
981         } while (!atomic_cas(&rem_vcpd->flags, old_flags,
982                              old_flags & ~VC_CAN_RCV_MSG));
983         wrmb(); /* don't let the CAN_RCV write pass reads of the mbox status */
984         /* handle all INDIRs of the remote vcore */
985         handle_vcpd_mbox(rem_vcoreid);
986 }
987
988 /* Helper.  Will ensure a good attempt at changing vcores, meaning we try again
989  * if we failed for some reason other than the vcore was already running. */
990 static void __change_vcore(uint32_t rem_vcoreid, bool enable_my_notif)
991 {
992         /* okay to do a normal spin/relax here, even though we are in vcore
993          * context. */
994         while (-EAGAIN == sys_change_vcore(rem_vcoreid, enable_my_notif))
995                 cpu_relax();
996 }
997
998 /* Helper, used in preemption recovery.  When you can freely leave vcore
999  * context and need to change to another vcore, call this.  vcpd is the caller,
1000  * rem_vcoreid is the remote vcore.  This will try to package up your uthread.
1001  * It may return, either because the other core already started up (someone else
1002  * got it), or in some very rare cases where we had to stay in our vcore
1003  * context */
1004 static void change_to_vcore(struct preempt_data *vcpd, uint32_t rem_vcoreid)
1005 {
1006         bool were_handling_remotes;
1007         /* Unlikely, but if we have no uthread we can just change.  This is the
1008          * check, sync, then really check pattern: we can only really be sure about
1009          * current_uthread after we check STEALING. */
1010         if (!current_uthread) {
1011                 /* there might be an issue with doing this while someone is recovering.
1012                  * once they 0'd it, we should be good to yield.  just a bit dangerous.
1013                  * */
1014                 were_handling_remotes = ev_might_not_return();
1015                 __change_vcore(rem_vcoreid, TRUE);      /* noreturn on success */
1016                 goto out_we_returned;
1017         }
1018         /* Note that the reason we need to check STEALING is because we can get into
1019          * vcore context and slip past that check in vcore_entry when we are
1020          * handling a preemption message.  Anytime preemption recovery cares about
1021          * the calling vcore's cur_uth, it needs to be careful about STEALING.  But
1022          * it is safe to do the check up above (if it's 0, it won't concurrently
1023          * become non-zero).
1024          *
1025          * STEALING might be turned on at any time.  Whoever turns it on will do
1026          * nothing if we are online or were in vc_ctx.  So if it is on, we can't
1027          * touch current_uthread til it is turned off (not sure what state they saw
1028          * us in).  We could spin here til they unset STEALING (since they will
1029          * soon), but there is a chance they were preempted, so we need to make
1030          * progress by doing a sys_change_vcore(). */
1031         /* Crap, someone is stealing (unlikely).  All we can do is change. */
1032         if (atomic_read(&vcpd->flags) & VC_UTHREAD_STEALING) {
1033                 __change_vcore(rem_vcoreid, FALSE);     /* returns on success */
1034                 return;
1035         }
1036         cmb();
1037         /* Need to recheck, in case someone stole it and finished before we checked
1038          * VC_UTHREAD_STEALING. */
1039         if (!current_uthread) {
1040                 were_handling_remotes = ev_might_not_return();
1041                 __change_vcore(rem_vcoreid, TRUE);      /* noreturn on success */
1042                 goto out_we_returned;
1043         }
1044         /* Need to make sure we don't have a DONT_MIGRATE (very rare, someone would
1045          * have to steal from us to get us to handle a preempt message, and then had
1046          * to finish stealing (and fail) fast enough for us to miss the previous
1047          * check). */
1048         if (current_uthread->flags & UTHREAD_DONT_MIGRATE) {
1049                 __change_vcore(rem_vcoreid, FALSE);     /* returns on success */
1050                 return;
1051         }
1052         /* Now save our uthread and restart them */
1053         assert(current_uthread);
1054         __uthread_pause(vcpd, current_uthread, TRUE);
1055         current_uthread = 0;
1056         were_handling_remotes = ev_might_not_return();
1057         __change_vcore(rem_vcoreid, TRUE);              /* noreturn on success */
1058         /* Fall-through to out_we_returned */
1059 out_we_returned:
1060         ev_we_returned(were_handling_remotes);
1061 }
1062
1063 /* This handles a preemption message.  When this is done, either we recovered,
1064  * or recovery *for our message* isn't needed. */
1065 static void handle_vc_preempt(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
1066                               void *data)
1067 {
1068         uint32_t vcoreid = vcore_id();
1069         struct preempt_data *vcpd = vcpd_of(vcoreid);
1070         uint32_t rem_vcoreid = ev_msg->ev_arg2;
1071         struct preempt_data *rem_vcpd = vcpd_of(rem_vcoreid);
1072         struct uthread *uthread_to_steal = 0;
1073         struct uthread **rem_cur_uth;
1074         bool cant_migrate = FALSE;
1075
1076         assert(in_vcore_context());
1077         /* Just drop messages about ourselves.  They are old.  If we happen to be
1078          * getting preempted right now, there's another message out there about
1079          * that. */
1080         if (rem_vcoreid == vcoreid)
1081                 return;
1082         printd("Vcore %d was preempted (i'm %d), it's flags %08p!\n",
1083                ev_msg->ev_arg2, vcoreid, rem_vcpd->flags);
1084         /* Spin til the kernel is done with flags.  This is how we avoid handling
1085          * the preempt message before the preemption. */
1086         while (atomic_read(&rem_vcpd->flags) & VC_K_LOCK)
1087                 cpu_relax();
1088         /* If they aren't preempted anymore, just return (optimization). */
1089         if (!(atomic_read(&rem_vcpd->flags) & VC_PREEMPTED))
1090                 return;
1091         /* At this point, we need to try to recover */
1092         /* This case handles when the remote core was in vcore context */
1093         if (rem_vcpd->notif_disabled) {
1094                 printd("VC %d recovering %d, notifs were disabled\n", vcoreid,
1095                        rem_vcoreid);
1096                 change_to_vcore(vcpd, rem_vcoreid);
1097                 return; /* in case it returns.  we've done our job recovering */
1098         }
1099         /* So now it looks like they were not in vcore context.  We want to steal
1100          * the uthread.  Set stealing, then doublecheck everything.  If stealing
1101          * fails, someone else is stealing and we can just leave.  That other vcore
1102          * who is stealing will check the VCPD/INDIRs when it is done. */
1103         if (!start_uth_stealing(rem_vcpd))
1104                 return;
1105         /* Now we're stealing.  Double check everything.  A change in preempt status
1106          * or notif_disable status means the vcore has since restarted.  The vcore
1107          * may or may not have started after we set STEALING.  If it didn't, we'll
1108          * need to bail out (but still check messages, since above we assumed the
1109          * uthread stealer handles the VCPD/INDIRs).  Since the vcore is running, we
1110          * don't need to worry about handling the message any further.  Future
1111          * preemptions will generate another message, so we can ignore getting the
1112          * uthread or anything like that. */
1113         printd("VC %d recovering %d, trying to steal uthread\n", vcoreid,
1114                rem_vcoreid);
1115         if (!(atomic_read(&rem_vcpd->flags) & VC_PREEMPTED))
1116                 goto out_stealing;
1117         /* Might be preempted twice quickly, and the second time had notifs
1118          * disabled.
1119          *
1120          * Also note that the second preemption event had another
1121          * message sent, which either we or someone else will deal with.  And also,
1122          * we don't need to worry about how we are stealing still and plan to
1123          * abort.  If another vcore handles that second preemption message, either
1124          * the original vcore is in vc ctx or not.  If so, we bail out and the
1125          * second preemption handling needs to change_to.  If not, we aren't
1126          * bailing out, and we'll handle the preemption as normal, and the second
1127          * handler will bail when it fails to steal. */
1128         if (rem_vcpd->notif_disabled)
1129                 goto out_stealing;
1130         /* At this point, we're clear to try and steal the uthread.  We used to
1131          * switch to their TLS to steal the uthread, but we can access their
1132          * current_uthread directly. */
1133         rem_cur_uth = get_tlsvar_linaddr(rem_vcoreid, current_uthread);
1134         uthread_to_steal = *rem_cur_uth;
1135         if (uthread_to_steal) {
1136                 /* Extremely rare: they have a uthread, but it can't migrate.  So we'll
1137                  * need to change to them. */
1138                 if (uthread_to_steal->flags & UTHREAD_DONT_MIGRATE) {
1139                         printd("VC %d recovering %d, can't migrate uthread!\n", vcoreid,
1140                                rem_vcoreid);
1141                         stop_uth_stealing(rem_vcpd);
1142                         change_to_vcore(vcpd, rem_vcoreid);
1143                         return; /* in case it returns.  we've done our job recovering */
1144                 } else {
1145                         *rem_cur_uth = 0;
1146                         /* we're clear to steal it */
1147                         printd("VC %d recovering %d, uthread %08p stolen\n", vcoreid,
1148                                rem_vcoreid, uthread_to_steal);
1149                         __uthread_pause(rem_vcpd, uthread_to_steal, FALSE);
1150                         /* can't let the cur_uth = 0 write and any writes from __uth_pause()
1151                          * to pass stop_uth_stealing. */
1152                         wmb();
1153                 }
1154         }
1155         /* Fallthrough */
1156 out_stealing:
1157         stop_uth_stealing(rem_vcpd);
1158         handle_indirs(rem_vcoreid);
1159 }
1160
1161 /* This handles a "check indirs" message.  When this is done, either we checked
1162  * their indirs, or the vcore restarted enough so that checking them is
1163  * unnecessary.  If that happens and they got preempted quickly, then another
1164  * preempt/check_indirs was sent out. */
1165 static void handle_vc_indir(struct event_msg *ev_msg, unsigned int ev_type,
1166                             void *data)
1167 {
1168         uint32_t vcoreid = vcore_id();
1169         uint32_t rem_vcoreid = ev_msg->ev_arg2;
1170
1171         if (rem_vcoreid == vcoreid)
1172                 return;
1173         handle_indirs(rem_vcoreid);
1174 }
1175
1176 static inline bool __uthread_has_tls(struct uthread *uthread)
1177 {
1178         return uthread->tls_desc != UTH_TLSDESC_NOTLS;
1179 }
1180
1181 /* TLS helpers */
1182 static int __uthread_allocate_tls(struct uthread *uthread)
1183 {
1184         assert(!uthread->tls_desc);
1185         uthread->tls_desc = allocate_tls();
1186         if (!uthread->tls_desc) {
1187                 errno = ENOMEM;
1188                 return -1;
1189         }
1190         return 0;
1191 }
1192
1193 static int __uthread_reinit_tls(struct uthread *uthread)
1194 {
1195         uthread->tls_desc = reinit_tls(uthread->tls_desc);
1196         if (!uthread->tls_desc) {
1197                 errno = ENOMEM;
1198                 return -1;
1199         }
1200         return 0;
1201 }
1202
1203 static void __uthread_free_tls(struct uthread *uthread)
1204 {
1205         free_tls(uthread->tls_desc);
1206         uthread->tls_desc = NULL;
1207 }
1208
1209 bool uth_2ls_is_multithreaded(void)
1210 {
1211         /* thread 0 is single threaded.  For the foreseeable future, every other 2LS
1212          * will be multithreaded. */
1213         extern struct schedule_ops thread0_2ls_ops;
1214
1215         return sched_ops != &thread0_2ls_ops;
1216 }
1217
1218 struct uthread *uthread_create(void *(*func)(void *), void *arg)
1219 {
1220         return sched_ops->thread_create(func, arg);
1221 }
1222
1223 /* Who does the thread_exited callback (2LS-specific cleanup)?  It depends.  If
1224  * the thread exits first, then join/detach does it.  o/w, the exit path does.
1225  *
1226  * What are the valid state changes?
1227  *
1228  *              JOINABLE   -> DETACHED (only by detach())
1229  *              JOINABLE   -> HAS_JOINER (only by join())
1230  *              JOINABLE   -> EXITED (only by uth_2ls_thread_exit())
1231  *
1232  * That's it.  The initial state is either JOINABLE or DETACHED. */
1233 void uthread_detach(struct uthread *uth)
1234 {
1235         struct uth_join_ctl *jc = &uth->join_ctl;
1236         long old_state;
1237
1238         do {
1239                 old_state = atomic_read(&jc->state);
1240                 switch (old_state) {
1241                 case UTH_JOIN_EXITED:
1242                         sched_ops->thread_exited(uth);
1243                         return;
1244                 case UTH_JOIN_DETACHED:
1245                         panic("Uth %p has already been detached!", uth);
1246                 case UTH_JOIN_HAS_JOINER:
1247                         panic("Uth %p has a pending joiner, can't detach!", uth);
1248                 };
1249                 assert(old_state == UTH_JOIN_JOINABLE);
1250         } while (!atomic_cas(&jc->state, old_state, UTH_JOIN_DETACHED));
1251 }
1252
1253 /* Helper.  We have a joiner.  So we'll write the retval to the final location
1254  * (the one passed to join() and decref to wake the joiner.  This may seem a
1255  * little odd for a normal join, but it works identically a parallel join - and
1256  * there's only one wakeup (hence the kref). */
1257 static void uth_post_and_kick_joiner(struct uthread *uth, void *retval)
1258 {
1259         struct uth_join_ctl *jc = &uth->join_ctl;
1260
1261         if (jc->retval_loc)
1262                 *jc->retval_loc = retval;
1263         /* Note the JC has a pointer to the kicker.  There's one kicker for the
1264          * joiner, but there could be many joinees. */
1265         kref_put(&jc->kicker->kref);
1266 }
1267
1268 /* Callback after the exiting uthread has yielded and is in vcore context.  Note
1269  * that the thread_exited callback can be called concurrently (e.g., a racing
1270  * call to detach()), so it's important to not be in the uthread's context. */
1271 static void __uth_2ls_thread_exit_cb(struct uthread *uth, void *retval)
1272 {
1273         struct uth_join_ctl *jc = &uth->join_ctl;
1274         long old_state;
1275
1276         do {
1277                 old_state = atomic_read(&jc->state);
1278                 switch (old_state) {
1279                 case UTH_JOIN_DETACHED:
1280                         sched_ops->thread_exited(uth);
1281                         return;
1282                 case UTH_JOIN_HAS_JOINER:
1283                         uth_post_and_kick_joiner(uth, retval);
1284                         sched_ops->thread_exited(uth);
1285                         return;
1286                 case UTH_JOIN_JOINABLE:
1287                         /* This write is harmless and idempotent; we can lose the race and
1288                          * still be safe.  Assuming we don't, the joiner will look here for
1289                          * the retval.  It's temporary storage since we don't know the final
1290                          * retval location (since join hasn't happened yet). */
1291                         jc->retval = retval;
1292                         break;
1293                 };
1294                 assert(old_state == UTH_JOIN_JOINABLE);
1295         } while (!atomic_cas(&jc->state, old_state, UTH_JOIN_EXITED));
1296         /* We were joinable, now we have exited.  A detacher or joiner will trigger
1297          * thread_exited. */
1298 }
1299
1300 /* 2LSs call this when their threads are exiting.  The 2LS will regain control
1301  * of the thread in sched_ops->thread_exited.  This will be after the
1302  * join/detach/exit has completed, and might be in vcore context. */
1303 void __attribute__((noreturn)) uth_2ls_thread_exit(void *retval)
1304 {
1305         uthread_yield(FALSE, __uth_2ls_thread_exit_cb, retval);
1306         assert(0);
1307 }
1308
1309 /* Helper: Attaches the caller (specifically the jk) to the target uthread.
1310  * When the thread has been joined (either due to the UTH_EXITED case or due to
1311  * __uth_2ls_thread_exit_cb), the join kicker will be decreffed. */
1312 static void join_one(struct uthread *uth, struct uth_join_kicker *jk,
1313                      void **retval_loc)
1314 {
1315         struct uth_join_ctl *jc = &uth->join_ctl;
1316         long old_state;
1317
1318         /* We can safely write to the join_ctl, even if we don't end up setting
1319          * HAS_JOINER.  There's only supposed to be one joiner, and if not, we'll
1320          * catch the bad state. */
1321         jc->retval_loc = retval_loc;
1322         jc->kicker = jk;
1323         do {
1324                 old_state = atomic_read(&jc->state);
1325                 switch (old_state) {
1326                 case UTH_JOIN_EXITED:
1327                         if (retval_loc)
1328                                 *retval_loc = jc->retval;
1329                         sched_ops->thread_exited(uth);
1330                         kref_put(&jk->kref);
1331                         return;
1332                 case UTH_JOIN_DETACHED:
1333                         panic("Uth %p has been detached, can't join!", uth);
1334                 case UTH_JOIN_HAS_JOINER:
1335                         panic("Uth %p has another pending joiner!", uth);
1336                 };
1337                 assert(old_state == UTH_JOIN_JOINABLE);
1338         } while (!atomic_cas(&jc->state, old_state, UTH_JOIN_HAS_JOINER));
1339 }
1340
1341 /* Bottom half of the join, in vcore context */
1342 static void __uth_join_cb(struct uthread *uth, void *arg)
1343 {
1344         struct uth_join_kicker *jk = (struct uth_join_kicker*)arg;
1345
1346         uthread_has_blocked(uth, UTH_EXT_BLK_MISC);
1347         /* After this, and after all threads join, we could be woken up. */
1348         kref_put(&jk->kref);
1349 }
1350
1351 static void kicker_release(struct kref *k)
1352 {
1353         struct uth_join_kicker *jk = container_of(k, struct uth_join_kicker, kref);
1354
1355         uthread_runnable(jk->joiner);
1356 }
1357
1358 void uthread_join_arr(struct uth_join_request reqs[], size_t nr_req)
1359 {
1360         struct uth_join_kicker jk[1];
1361
1362         jk->joiner = current_uthread;
1363         /* One ref for each target, another for *us*, which we drop in the yield
1364          * callback.  As as soon as it is fully decreffed, our thread will be
1365          * restarted.  We must block before that (in the yield callback). */
1366         kref_init(&jk->kref, kicker_release, nr_req + 1);
1367         for (int i = 0; i < nr_req; i++)
1368                 join_one(reqs[i].uth, jk, reqs[i].retval_loc);
1369         uthread_yield(TRUE, __uth_join_cb, jk);
1370 }
1371
1372 /* Unlike POSIX, we don't bother with returning error codes.  Anything that can
1373  * go wrong is so horrendous that you should crash (the specs say the behavior
1374  * is undefined). */
1375 void uthread_join(struct uthread *uth, void **retval_loc)
1376 {
1377         struct uth_join_request req[1];
1378
1379         req->uth = uth;
1380         req->retval_loc = retval_loc;
1381         uthread_join_arr(req, 1);
1382 }
1383
1384 static void __uth_sched_yield_cb(struct uthread *uth, void *arg)
1385 {
1386         uthread_has_blocked(uth, UTH_EXT_BLK_YIELD);
1387         uthread_runnable(uth);
1388 }
1389
1390 void uthread_sched_yield(void)
1391 {
1392         if (!uth_2ls_is_multithreaded()) {
1393                 /* We're an SCP with no other threads, so we want to yield to other
1394                  * processes.  For SCPs, this will yield to the OS/other procs. */
1395                 syscall(SYS_proc_yield, TRUE);
1396                 return;
1397         }
1398         uthread_yield(TRUE, __uth_sched_yield_cb, NULL);
1399 }
1400
1401 struct uthread *uthread_self(void)
1402 {
1403         return current_uthread;
1404 }