src/compiler/x86-64/system.lisp

   1 ;;;; x86 VM definitions of various system hacking operations
   2
   3 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
   4 ;;;; more information.
   5 ;;;;
   6 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
   7 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
   8 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
   9 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
  10 ;;;; files for more information.
  11
  12 (in-package "SB!VM")
  13 \f
  14 ;;;; type frobbing VOPs
  15
  16 (define-vop (lowtag-of)
  17   (:translate lowtag-of)
  18   (:policy :fast-safe)
  19   (:args (object :scs (any-reg descriptor-reg control-stack)
  20                  :target result))
  21   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
  22   (:result-types positive-fixnum)
  23   (:generator 1
  24     (move result object)
  25     (inst and result lowtag-mask)))
  26
  27 (define-vop (widetag-of)
  28   (:translate widetag-of)
  29   (:policy :fast-safe)
  30   (:args (object :scs (descriptor-reg)))
  31   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset rax-offset :target result
  32                    :to (:result 0)) rax)
  33   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
  34   (:result-types positive-fixnum)
  35   (:generator 6
  36     (inst movzx rax (reg-in-size object :byte))
  37     (inst and al-tn lowtag-mask)
  38     (inst cmp al-tn other-pointer-lowtag)
  39     (inst jmp :e OTHER-PTR)
  40     (inst cmp al-tn fun-pointer-lowtag)
  41     (inst jmp :e FUNCTION-PTR)
  42
  43     ;; Pick off fixnums.
  44     (inst test al-tn fixnum-tag-mask)
  45     (inst jmp :e DONE)
  46
  47     ;; Pick off structures and list pointers.
  48     (inst test al-tn 2)
  49     (inst jmp :ne DONE)
  50
  51     ;; must be an other immediate
  52     (inst movzx rax (reg-in-size object :byte))
  53     (inst jmp DONE)
  54
  55     FUNCTION-PTR
  56     (load-type rax object (- fun-pointer-lowtag))
  57     (inst jmp DONE)
  58
  59     OTHER-PTR
  60     (load-type rax object (- other-pointer-lowtag))
  61
  62     DONE
  63     (move result rax)))
  64 \f
  65 (define-vop (fun-subtype)
  66   (:translate fun-subtype)
  67   (:policy :fast-safe)
  68   (:args (function :scs (descriptor-reg)))
  69   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
  70   (:result-types positive-fixnum)
  71   (:generator 6
  72     (load-type result function (- fun-pointer-lowtag))))
  73
  74 (define-vop (set-fun-subtype)
  75   (:translate (setf fun-subtype))
  76   (:policy :fast-safe)
  77   (:args (type :scs (unsigned-reg) :target eax)
  78          (function :scs (descriptor-reg)))
  79   (:arg-types positive-fixnum *)
  80   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset rax-offset :from (:argument 0)
  81                    :to (:result 0) :target result)
  82               eax)
  83   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
  84   (:result-types positive-fixnum)
  85   (:generator 6
  86     (move eax type)
  87     (inst mov
  88           (make-ea :byte :base function :disp (- fun-pointer-lowtag))
  89           al-tn)
  90     (move result eax)))
  91
  92 (define-vop (get-header-data)
  93   (:translate get-header-data)
  94   (:policy :fast-safe)
  95   (:args (x :scs (descriptor-reg)))
  96   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
  97   (:result-types positive-fixnum)
  98   (:generator 6
  99     (loadw res x 0 other-pointer-lowtag)
 100     (inst shr res n-widetag-bits)))
 101
 102 (define-vop (get-closure-length)
 103   (:translate get-closure-length)
 104   (:policy :fast-safe)
 105   (:args (x :scs (descriptor-reg)))
 106   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
 107   (:result-types positive-fixnum)
 108   (:generator 6
 109     (loadw res x 0 fun-pointer-lowtag)
 110     (inst shr res n-widetag-bits)))
 111
 112 (define-vop (set-header-data)
 113   (:translate set-header-data)
 114   (:policy :fast-safe)
 115   (:args (x :scs (descriptor-reg) :target res :to (:result 0))
 116          (data :scs (any-reg) :target eax))
 117   (:arg-types * positive-fixnum)
 118   (:results (res :scs (descriptor-reg)))
 119   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset
 120                    :from (:argument 1) :to (:result 0)) eax)
 121   (:generator 6
 122     (move eax data)
 123     (inst shl eax (- n-widetag-bits n-fixnum-tag-bits))
 124     (inst mov al-tn (make-ea :byte :base x :disp (- other-pointer-lowtag)))
 125     (storew eax x 0 other-pointer-lowtag)
 126     (move res x)))
 127 \f
 128 (define-vop (pointer-hash)
 129   (:translate pointer-hash)
 130   (:args (ptr :scs (any-reg descriptor-reg) :target res))
 131   (:results (res :scs (any-reg descriptor-reg)))
 132   (:policy :fast-safe)
 133   (:generator 1
 134     (move res ptr)
 135     ;; Mask the lowtag, and shift the whole address into a positive
 136     ;; fixnum.
 137     (inst and res (lognot lowtag-mask))
 138     (inst shr res 1)))
 139
 140 (define-vop (make-other-immediate-type)
 141   (:args (val :scs (any-reg descriptor-reg) :target res)
 142          (type :scs (unsigned-reg immediate)))
 143   (:results (res :scs (any-reg descriptor-reg) :from (:argument 0)))
 144   (:generator 2
 145     (move res val)
 146     (inst shl res (- n-widetag-bits n-fixnum-tag-bits))
 147     (inst or res (sc-case type
 148                    (unsigned-reg type)
 149                    (immediate (tn-value type))))))
 150 \f
 151 ;;;; allocation
 152
 153 (define-vop (dynamic-space-free-pointer)
 154   (:results (int :scs (sap-reg)))
 155   (:result-types system-area-pointer)
 156   (:translate dynamic-space-free-pointer)
 157   (:policy :fast-safe)
 158   (:generator 1
 159     (load-symbol-value int *allocation-pointer*)))
 160
 161 (define-vop (binding-stack-pointer-sap)
 162   (:results (int :scs (sap-reg)))
 163   (:result-types system-area-pointer)
 164   (:translate binding-stack-pointer-sap)
 165   (:policy :fast-safe)
 166   (:generator 1
 167     (load-binding-stack-pointer int)))
 168
 169 (defknown (setf binding-stack-pointer-sap)
 170     (system-area-pointer) system-area-pointer ())
 171
 172 (define-vop (set-binding-stack-pointer-sap)
 173   (:args (new-value :scs (sap-reg) :target int))
 174   (:arg-types system-area-pointer)
 175   (:results (int :scs (sap-reg)))
 176   (:result-types system-area-pointer)
 177   (:translate (setf binding-stack-pointer-sap))
 178   (:policy :fast-safe)
 179   (:generator 1
 180     (store-binding-stack-pointer new-value)
 181     (move int new-value)))
 182
 183 (define-vop (control-stack-pointer-sap)
 184   (:results (int :scs (sap-reg)))
 185   (:result-types system-area-pointer)
 186   (:translate control-stack-pointer-sap)
 187   (:policy :fast-safe)
 188   (:generator 1
 189     (move int rsp-tn)))
 190 \f
 191 ;;;; code object frobbing
 192
 193 (define-vop (code-instructions)
 194   (:translate code-instructions)
 195   (:policy :fast-safe)
 196   (:args (code :scs (descriptor-reg) :to (:result 0)))
 197   (:results (sap :scs (sap-reg) :from (:argument 0)))
 198   (:result-types system-area-pointer)
 199   (:generator 10
 200     (loadw sap code 0 other-pointer-lowtag)
 201     (inst shr sap n-widetag-bits)
 202     (inst lea sap (make-ea :byte :base code :index sap
 203                            :scale n-word-bytes
 204                            :disp (- other-pointer-lowtag)))))
 205
 206 (define-vop (compute-fun)
 207   (:args (code :scs (descriptor-reg) :to (:result 0))
 208          (offset :scs (signed-reg unsigned-reg) :to (:result 0)))
 209   (:arg-types * positive-fixnum)
 210   (:results (func :scs (descriptor-reg) :from (:argument 0)))
 211   (:generator 10
 212     (loadw func code 0 other-pointer-lowtag)
 213     (inst shr func n-widetag-bits)
 214     (inst lea func
 215           (make-ea :byte :base offset :index func
 216                    :scale n-word-bytes
 217                    :disp (- fun-pointer-lowtag other-pointer-lowtag)))
 218     (inst add func code)))
 219
 220 (define-vop (%simple-fun-self)
 221   (:policy :fast-safe)
 222   (:translate %simple-fun-self)
 223   (:args (function :scs (descriptor-reg)))
 224   (:results (result :scs (descriptor-reg)))
 225   (:generator 3
 226     (loadw result function simple-fun-self-slot fun-pointer-lowtag)
 227     (inst lea result
 228           (make-ea :byte :base result
 229                    :disp (- fun-pointer-lowtag
 230                             (* simple-fun-code-offset n-word-bytes))))))
 231
 232 ;;; The closure function slot is a pointer to raw code on X86 instead
 233 ;;; of a pointer to the code function object itself. This VOP is used
 234 ;;; to reference the function object given the closure object.
 235 (define-source-transform %closure-fun (closure)
 236   `(%simple-fun-self ,closure))
 237
 238 (define-vop (%set-fun-self)
 239   (:policy :fast-safe)
 240   (:translate (setf %simple-fun-self))
 241   (:args (new-self :scs (descriptor-reg) :target result :to :result)
 242          (function :scs (descriptor-reg) :to :result))
 243   (:temporary (:sc any-reg :from (:argument 0) :to :result) temp)
 244   (:results (result :scs (descriptor-reg)))
 245   (:generator 3
 246     (inst lea temp
 247           (make-ea :byte :base new-self
 248                    :disp (- (ash simple-fun-code-offset word-shift)
 249                             fun-pointer-lowtag)))
 250     (storew temp function simple-fun-self-slot fun-pointer-lowtag)
 251     (move result new-self)))
 252 \f
 253 ;;;; other miscellaneous VOPs
 254
 255 (defknown sb!unix::receive-pending-interrupt () (values))
 256 (define-vop (sb!unix::receive-pending-interrupt)
 257   (:policy :fast-safe)
 258   (:translate sb!unix::receive-pending-interrupt)
 259   (:generator 1
 260     (inst break pending-interrupt-trap)))
 261
 262 #!+sb-thread
 263 (defknown current-thread-offset-sap ((unsigned-byte 64))
 264   system-area-pointer (flushable))
 265
 266 #!+sb-thread
 267 (define-vop (current-thread-offset-sap)
 268   (:results (sap :scs (sap-reg)))
 269   (:result-types system-area-pointer)
 270   (:translate current-thread-offset-sap)
 271   (:args (n :scs (unsigned-reg) :target sap))
 272   (:arg-types unsigned-num)
 273   (:policy :fast-safe)
 274   (:generator 2
 275     (inst mov sap
 276           (make-ea :qword :base thread-base-tn :disp 0 :index n :scale 8))))
 277
 278 (define-vop (halt)
 279   (:generator 1
 280     (inst break halt-trap)))
 281
 282 (defknown float-wait () (values))
 283 (define-vop (float-wait)
 284   (:policy :fast-safe)
 285   (:translate float-wait)
 286   (:vop-var vop)
 287   (:save-p :compute-only)
 288   (:generator 1
 289     (note-next-instruction vop :internal-error)
 290     (inst wait)))
 291 \f
 292 ;;;; Miscellany
 293
 294 ;;; the RDTSC instruction (present on Pentium processors and
 295 ;;; successors) allows you to access the time-stamp counter, a 64-bit
 296 ;;; model-specific register that counts executed cycles. The
 297 ;;; instruction returns the low cycle count in EAX and high cycle
 298 ;;; count in EDX.
 299 ;;;
 300 ;;; In order to obtain more significant results on out-of-order
 301 ;;; processors (such as the Pentium II and later), we issue a
 302 ;;; serializing CPUID instruction before and after reading the cycle
 303 ;;; counter. This instruction is used for its side effect of emptying
 304 ;;; the processor pipeline, to ensure that the RDTSC instruction is
 305 ;;; executed once all pending instructions have been completed and
 306 ;;; before any others. CPUID writes to EBX and ECX in addition to EAX
 307 ;;; and EDX, so they need to be added as temporaries.
 308 ;;;
 309 ;;; Note that cache effects mean that the cycle count can vary for
 310 ;;; different executions of the same code (it counts cycles, not
 311 ;;; retired instructions). Furthermore, the results are per-processor
 312 ;;; and not per-process, so are unreliable on multiprocessor machines
 313 ;;; where processes can migrate between processors.
 314 ;;;
 315 ;;; This method of obtaining a cycle count has the advantage of being
 316 ;;; very fast (around 20 cycles), and of not requiring a system call.
 317 ;;; However, you need to know your processor's clock speed to translate
 318 ;;; this into real execution time.
 319 ;;;
 320 ;;; FIXME: This about the WITH-CYCLE-COUNTER interface a bit, and then
 321 ;;; perhaps export it from SB-SYS.
 322
 323 (defknown %read-cycle-counter () (values (unsigned-byte 32) (unsigned-byte 32)) ())
 324
 325 (define-vop (%read-cycle-counter)
 326   (:policy :fast-safe)
 327   (:translate %read-cycle-counter)
 328   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target lo) eax)
 329   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target hi) edx)
 330   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ebx-offset) ebx)
 331   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset) ecx)
 332   (:ignore ebx ecx)
 333   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
 334             (lo :scs (unsigned-reg)))
 335   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
 336   (:generator 5
 337      (zeroize eax)
 338      ;; Intel docs seem quite consistent on only using CPUID before RDTSC,
 339      ;; not both before and after. Go figure.
 340      (inst cpuid)
 341      (inst rdtsc)
 342      (move lo eax)
 343      (move hi edx)))
 344
 345 (defmacro with-cycle-counter (&body body)
 346   "Returns the primary value of BODY as the primary value, and the
 347 number of CPU cycles elapsed as secondary value. EXPERIMENTAL."
 348   (with-unique-names (hi0 hi1 lo0 lo1)
 349     `(multiple-value-bind (,hi0 ,lo0) (%read-cycle-counter)
 350        (values (locally ,@body)
 351                (multiple-value-bind (,hi1 ,lo1) (%read-cycle-counter)
 352                  (+ (ash (- ,hi1 ,hi0) 32)
 353                     (- ,lo1 ,lo0)))))))
 354
 355 #!+sb-dyncount
 356 (define-vop (count-me)
 357   (:args (count-vector :scs (descriptor-reg)))
 358   (:info index)
 359   (:generator 0
 360     (inst inc (make-ea :qword :base count-vector
 361                        :disp (- (* (+ vector-data-offset index) n-word-bytes)
 362                                 other-pointer-lowtag)))))
 363 \f
 364 ;;;; Memory barrier support
 365
 366 #!+memory-barrier-vops
 367 (define-vop (%compiler-barrier)
 368   (:policy :fast-safe)
 369   (:translate %compiler-barrier)
 370   (:generator 3))
 371
 372 #!+memory-barrier-vops
 373 (define-vop (%memory-barrier)
 374   (:policy :fast-safe)
 375   (:translate %memory-barrier)
 376   (:generator 3
 377     (inst mfence)))
 378
 379 #!+memory-barrier-vops
 380 (define-vop (%read-barrier)
 381   (:policy :fast-safe)
 382   (:translate %read-barrier)
 383   (:generator 3))
 384
 385 #!+memory-barrier-vops
 386 (define-vop (%write-barrier)
 387   (:policy :fast-safe)
 388   (:translate %write-barrier)
 389   (:generator 3))
 390
 391 #!+memory-barrier-vops
 392 (define-vop (%data-dependency-barrier)
 393   (:policy :fast-safe)
 394   (:translate %data-dependency-barrier)
 395   (:generator 3))
 396
 397 (define-vop (pause)
 398   (:translate spin-loop-hint)
 399   (:policy :fast-safe)
 400   (:generator 0
 401     (inst pause)))