src/runtime/x86-64-arch.c

   1 /*
   2  * This software is part of the SBCL system. See the README file for
   3  * more information.
   4  *
   5  * This software is derived from the CMU CL system, which was
   6  * written at Carnegie Mellon University and released into the
   7  * public domain. The software is in the public domain and is
   8  * provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
   9  * files for more information.
  10  */
  11
  12 #include <stdio.h>
  13
  14 #include "sbcl.h"
  15 #include "runtime.h"
  16 #include "globals.h"
  17 #include "validate.h"
  18 #include "os.h"
  19 #include "sbcl.h"
  20 #include "arch.h"
  21 #include "lispregs.h"
  22 #include "signal.h"
  23 #include "alloc.h"
  24 #include "interrupt.h"
  25 #include "interr.h"
  26 #include "breakpoint.h"
  27 #include "thread.h"
  28 #include "pseudo-atomic.h"
  29
  30 #include "genesis/static-symbols.h"
  31 #include "genesis/symbol.h"
  32
  33 #define BREAKPOINT_INST 0xcc    /* INT3 */
  34
  35 unsigned long fast_random_state = 1;
  36
  37 void arch_init(void)
  38 {}
  39
  40 os_vm_address_t
  41 arch_get_bad_addr(int sig, siginfo_t *code, os_context_t *context)
  42 {
  43     return (os_vm_address_t)code->si_addr;
  44 }
  45
  46 \f
  47 /*
  48  * hacking signal contexts
  49  *
  50  * (This depends both on architecture, which determines what we might
  51  * want to get to, and on OS, which determines how we get to it.)
  52  */
  53
  54 os_context_register_t *
  55 context_eflags_addr(os_context_t *context)
  56 {
  57 #if defined __linux__
  58     /* KLUDGE: As of kernel 2.2.14 on Red Hat 6.2, there's code in the
  59      * <sys/ucontext.h> file to define symbolic names for offsets into
  60      * gregs[], but it's conditional on __USE_GNU and not defined, so
  61      * we need to do this nasty absolute index magic number thing
  62      * instead. */
  63     return &context->uc_mcontext.gregs[17];
  64 #elif defined __FreeBSD__
  65     return &context->uc_mcontext.mc_rflags;
  66 #elif defined LISP_FEATURE_DARWIN
  67     return CONTEXT_ADDR_FROM_STEM(rflags);
  68 #elif defined __OpenBSD__
  69     return &context->sc_rflags;
  70 #else
  71 #error unsupported OS
  72 #endif
  73 }
  74 \f
  75 void arch_skip_instruction(os_context_t *context)
  76 {
  77     /* Assuming we get here via an INT3 xxx instruction, the PC now
  78      * points to the interrupt code (a Lisp value) so we just move
  79      * past it. Skip the code; after that, if the code is an
  80      * error-trap or cerror-trap then skip the data bytes that follow. */
  81
  82     int vlen;
  83     long code;
  84
  85
  86     /* Get and skip the Lisp interrupt code. */
  87     code = *(char*)(*os_context_pc_addr(context))++;
  88     switch (code)
  89         {
  90         case trap_Error:
  91         case trap_Cerror:
  92             /* Lisp error arg vector length */
  93             vlen = *(char*)(*os_context_pc_addr(context))++;
  94             /* Skip Lisp error arg data bytes. */
  95             while (vlen-- > 0) {
  96                 ++*os_context_pc_addr(context);
  97             }
  98             break;
  99
 100         case trap_Breakpoint:           /* not tested */
 101         case trap_FunEndBreakpoint: /* not tested */
 102             break;
 103
 104         case trap_PendingInterrupt:
 105         case trap_Halt:
 106         case trap_SingleStepAround:
 107         case trap_SingleStepBefore:
 108             /* only needed to skip the Code */
 109             break;
 110
 111         default:
 112             fprintf(stderr,"[arch_skip_inst invalid code %ld\n]\n",code);
 113             break;
 114         }
 115
 116     FSHOW((stderr,
 117            "/[arch_skip_inst resuming at %x]\n",
 118            *os_context_pc_addr(context)));
 119 }
 120
 121 unsigned char *
 122 arch_internal_error_arguments(os_context_t *context)
 123 {
 124     return 1 + (unsigned char *)(*os_context_pc_addr(context));
 125 }
 126
 127 boolean
 128 arch_pseudo_atomic_atomic(os_context_t *context)
 129 {
 130     return get_pseudo_atomic_atomic(arch_os_get_current_thread());
 131 }
 132
 133 void
 134 arch_set_pseudo_atomic_interrupted(os_context_t *context)
 135 {
 136     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
 137     set_pseudo_atomic_interrupted(thread);
 138 }
 139
 140 void
 141 arch_clear_pseudo_atomic_interrupted(os_context_t *context)
 142 {
 143     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
 144     clear_pseudo_atomic_interrupted(thread);
 145 }
 146 \f
 147 /*
 148  * This stuff seems to get called for TRACE and debug activity.
 149  */
 150
 151 unsigned int
 152 arch_install_breakpoint(void *pc)
 153 {
 154     unsigned int result = *(unsigned int*)pc;
 155
 156     *(char*)pc = BREAKPOINT_INST;               /* x86 INT3       */
 157     *((char*)pc+1) = trap_Breakpoint;           /* Lisp trap code */
 158
 159     return result;
 160 }
 161
 162 void
 163 arch_remove_breakpoint(void *pc, unsigned int orig_inst)
 164 {
 165     *((char *)pc) = orig_inst & 0xff;
 166     *((char *)pc + 1) = (orig_inst & 0xff00) >> 8;
 167 }
 168 \f
 169 /* When single stepping, single_stepping holds the original instruction
 170  * PC location. */
 171 unsigned int *single_stepping = NULL;
 172 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 173 unsigned int  single_step_save1;
 174 unsigned int  single_step_save2;
 175 unsigned int  single_step_save3;
 176 #endif
 177
 178 void
 179 arch_do_displaced_inst(os_context_t *context, unsigned int orig_inst)
 180 {
 181     unsigned int *pc = (unsigned int*)(*os_context_pc_addr(context));
 182
 183     /* Put the original instruction back. */
 184     *((char *)pc) = orig_inst & 0xff;
 185     *((char *)pc + 1) = (orig_inst & 0xff00) >> 8;
 186
 187 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 188     /* Install helper instructions for the single step:
 189      * pushf; or [esp],0x100; popf. */
 190     single_step_save1 = *(pc-3);
 191     single_step_save2 = *(pc-2);
 192     single_step_save3 = *(pc-1);
 193     *(pc-3) = 0x9c909090;
 194     *(pc-2) = 0x00240c81;
 195     *(pc-1) = 0x9d000001;
 196 #else
 197     *context_eflags_addr(context) |= 0x100;
 198 #endif
 199
 200     single_stepping = pc;
 201
 202 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 203     *os_context_pc_addr(context) = (os_context_register_t)((char *)pc - 9);
 204 #endif
 205 }
 206
 207 void
 208 arch_handle_breakpoint(os_context_t *context)
 209 {
 210     --*os_context_pc_addr(context);
 211     handle_breakpoint(context);
 212 }
 213
 214 void
 215 arch_handle_fun_end_breakpoint(os_context_t *context)
 216 {
 217     --*os_context_pc_addr(context);
 218     *os_context_pc_addr(context) =
 219         (unsigned long)handle_fun_end_breakpoint(context);
 220 }
 221
 222 void
 223 arch_handle_single_step_trap(os_context_t *context, int trap)
 224 {
 225     arch_skip_instruction(context);
 226     /* On x86-64 the fdefn / function is always in RAX, so we pass
 227      * 0 as the register_offset. */
 228     handle_single_step_trap(context, trap, 0);
 229 }
 230
 231 \f
 232 void
 233 sigtrap_handler(int signal, siginfo_t *info, os_context_t *context)
 234 {
 235     unsigned int trap;
 236
 237     if (single_stepping && (signal==SIGTRAP))
 238     {
 239 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 240         /* Un-install single step helper instructions. */
 241         *(single_stepping-3) = single_step_save1;
 242         *(single_stepping-2) = single_step_save2;
 243         *(single_stepping-1) = single_step_save3;
 244 #else
 245         *context_eflags_addr(context) ^= 0x100;
 246 #endif
 247         /* Re-install the breakpoint if possible. */
 248         if ((char *)*os_context_pc_addr(context) ==
 249             (char *)single_stepping + 1) {
 250             fprintf(stderr, "warning: couldn't reinstall breakpoint\n");
 251         } else {
 252             *((char *)single_stepping) = BREAKPOINT_INST;       /* x86 INT3 */
 253             *((char *)single_stepping+1) = trap_Breakpoint;
 254         }
 255
 256         single_stepping = NULL;
 257         return;
 258     }
 259
 260     /* This is just for info in case the monitor wants to print an
 261      * approximation. */
 262     current_control_stack_pointer =
 263         (lispobj *)*os_context_sp_addr(context);
 264
 265     /* On entry %eip points just after the INT3 byte and aims at the
 266      * 'kind' value (eg trap_Cerror). For error-trap and Cerror-trap a
 267      * number of bytes will follow, the first is the length of the byte
 268      * arguments to follow. */
 269     trap = *(unsigned char *)(*os_context_pc_addr(context));
 270
 271     handle_trap(context, trap);
 272 }
 273
 274 void
 275 sigill_handler(int signal, siginfo_t *siginfo, os_context_t *context) {
 276     /* Triggering SIGTRAP using int3 is unreliable on OS X/x86, so
 277      * we need to use illegal instructions for traps.
 278      */
 279 #if defined(LISP_FEATURE_DARWIN) && !defined(LISP_FEATURE_MACH_EXCEPTION_HANDLER)
 280     if (*((unsigned short *)*os_context_pc_addr(context)) == 0x0b0f) {
 281         *os_context_pc_addr(context) += 2;
 282         return sigtrap_handler(signal, siginfo, context);
 283     }
 284 #endif
 285
 286     fake_foreign_function_call(context);
 287     lose("Unhandled SIGILL.");
 288 }
 289
 290 #ifdef X86_64_SIGFPE_FIXUP
 291 #define MXCSR_IE (0x01)         /* Invalid Operation */
 292 #define MXCSR_DE (0x02)         /* Denormal */
 293 #define MXCSR_ZE (0x04)         /* Devide-by-Zero */
 294 #define MXCSR_OE (0x08)         /* Overflow */
 295 #define MXCSR_UE (0x10)         /* Underflow */
 296 #define MXCSR_PE (0x20)         /* Precision */
 297
 298 static inline int
 299 mxcsr_to_code(unsigned int mxcsr)
 300 {
 301     /* Extract unmasked exception bits. */
 302     mxcsr &= ~(mxcsr >> 7) & 0x3F;
 303
 304     /* This order is defined at "Intel 64 and IA-32 Architectures
 305      * Software Developerfs Manual" Volume 1: "Basic Architecture",
 306      * 4.9.2 "Floating-Point Exception Priority". */
 307     if (mxcsr & MXCSR_IE)
 308         return FPE_FLTINV;
 309     else if (mxcsr & MXCSR_ZE)
 310         return FPE_FLTDIV;
 311     else if (mxcsr & MXCSR_DE)
 312         return FPE_FLTUND;
 313     else if (mxcsr & MXCSR_OE)
 314         return FPE_FLTOVF;
 315     else if (mxcsr & MXCSR_UE)
 316         return FPE_FLTUND;
 317     else if (mxcsr & MXCSR_PE)
 318         return FPE_FLTRES;
 319
 320     return 0;
 321 }
 322
 323 static void
 324 sigfpe_handler(int signal, siginfo_t *siginfo, os_context_t *context)
 325 {
 326     unsigned int *mxcsr = arch_os_context_mxcsr_addr(context);
 327
 328     if (siginfo->si_code == 0) { /* XMM exception */
 329         siginfo->si_code = mxcsr_to_code(*mxcsr);
 330
 331         /* Clear sticky exception flag. */
 332         *mxcsr &= ~0x3F;
 333     }
 334
 335     interrupt_handle_now(signal, siginfo, context);
 336 }
 337 #endif
 338
 339 void
 340 arch_install_interrupt_handlers()
 341 {
 342     SHOW("entering arch_install_interrupt_handlers()");
 343
 344     /* Note: The old CMU CL code here used sigtrap_handler() to handle
 345      * SIGILL as well as SIGTRAP. I couldn't see any reason to do
 346      * things that way. So, I changed to separate handlers when
 347      * debugging a problem on OpenBSD, where SBCL wasn't catching
 348      * SIGILL properly, but was instead letting the process be
 349      * terminated with an "Illegal instruction" output. If this change
 350      * turns out to break something (maybe breakpoint handling on some
 351      * OS I haven't tested on?) and we have to go back to the old CMU
 352      * CL way, I hope there will at least be a comment to explain
 353      * why.. -- WHN 2001-06-07 */
 354 #if !defined(LISP_FEATURE_MACH_EXCEPTION_HANDLER)
 355     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGILL , sigill_handler);
 356     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGTRAP, sigtrap_handler);
 357 #endif
 358
 359 #ifdef X86_64_SIGFPE_FIXUP
 360     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGFPE, sigfpe_handler);
 361 #endif
 362
 363     SHOW("returning from arch_install_interrupt_handlers()");
 364 }
 365 \f
 366 #ifdef LISP_FEATURE_LINKAGE_TABLE
 367 /* FIXME: It might be cleaner to generate these from the lisp side of
 368  * things.
 369  */
 370
 371 void
 372 arch_write_linkage_table_jmp(char * reloc, void * fun)
 373 {
 374     unsigned long addr = (unsigned long) fun;
 375     int i;
 376
 377     *reloc++ = 0xFF; /* Opcode for near jump to absolute reg/mem64. */
 378     *reloc++ = 0x25; /* ModRM #b00 100 101, i.e. RIP-relative. */
 379     *reloc++ = 0x00; /* 32-bit displacement field = 0 */
 380     *reloc++ = 0x00; /* ... */
 381     *reloc++ = 0x00; /* ... */
 382     *reloc++ = 0x00; /* ... */
 383
 384     for (i = 0; i < 8; i++) {
 385         *reloc++ = addr & 0xff;
 386         addr >>= 8;
 387     }
 388
 389     /* write a nop for good measure. */
 390     *reloc = 0x90;
 391 }
 392
 393 void
 394 arch_write_linkage_table_ref(void * reloc, void * data)
 395 {
 396     *(unsigned long *)reloc = (unsigned long)data;
 397 }
 398
 399 #endif
 400
 401 /* These setup and check *both* the sse2 and x87 FPUs. While lisp code
 402    only uses the sse2 FPU, other code (such as libc) may use the x87 FPU.
 403  */
 404
 405 unsigned int
 406 arch_get_fp_modes()
 407 {
 408     unsigned int temp;
 409     unsigned int result;
 410     /* return the x87 exception flags ored in with the sse2
 411      * control+status flags */
 412     asm ("fnstsw %0" : "=m" (temp));
 413     result = temp;
 414     result &= 0x3F;
 415     asm ("stmxcsr %0" : "=m" (temp));
 416     result |= temp;
 417     /* flip exception mask bits */
 418     return result ^ (0x3F << 7);
 419 }
 420
 421 struct fpenv
 422 {
 423     unsigned short cw;
 424     unsigned short unused1;
 425     unsigned short sw;
 426     unsigned short unused2;
 427     unsigned int other_regs[5];
 428 };
 429
 430 void
 431 arch_set_fp_modes(unsigned int mxcsr)
 432 {
 433     struct fpenv f_env;
 434     unsigned int temp;
 435
 436     /* turn trap enable bits into exception mask */
 437     mxcsr ^= 0x3F << 7;
 438
 439     /* set x87 modes */
 440     asm ("fnstenv %0" : "=m" (f_env));
 441     /* set control word: always long double precision
 442      * get traps and rounding from mxcsr word */
 443     f_env.cw = 0x300 | ((mxcsr >> 7) & 0x3F) | (((mxcsr >> 13) & 0x3) << 10);
 444     /* set status word: only override exception flags, from mxcsr */
 445     f_env.sw &= ~0x3F;
 446     f_env.sw |= (mxcsr & 0x3F);
 447
 448     asm ("fldenv %0" : : "m" (f_env));
 449
 450     /* now, simply, load up the mxcsr register */
 451     temp = mxcsr;
 452     asm ("ldmxcsr %0" : : "m" (temp));
 453 }