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_eflags;
  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, void *void_context)
 234 {
 235     os_context_t *context = (os_context_t*)void_context;
 236     unsigned int trap;
 237
 238     if (single_stepping && (signal==SIGTRAP))
 239     {
 240 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 241         /* Un-install single step helper instructions. */
 242         *(single_stepping-3) = single_step_save1;
 243         *(single_stepping-2) = single_step_save2;
 244         *(single_stepping-1) = single_step_save3;
 245 #else
 246         *context_eflags_addr(context) ^= 0x100;
 247 #endif
 248         /* Re-install the breakpoint if possible. */
 249         if ((char *)*os_context_pc_addr(context) ==
 250             (char *)single_stepping + 1) {
 251             fprintf(stderr, "warning: couldn't reinstall breakpoint\n");
 252         } else {
 253             *((char *)single_stepping) = BREAKPOINT_INST;       /* x86 INT3 */
 254             *((char *)single_stepping+1) = trap_Breakpoint;
 255         }
 256
 257         single_stepping = NULL;
 258         return;
 259     }
 260
 261     /* This is just for info in case the monitor wants to print an
 262      * approximation. */
 263     current_control_stack_pointer =
 264         (lispobj *)*os_context_sp_addr(context);
 265
 266     /* FIXME: CMUCL puts the float control restoration code here.
 267        Thus, it seems to me that single-stepping won't restore the
 268        float control.  Since SBCL currently doesn't support
 269        single-stepping (as far as I can tell) this is somewhat moot,
 270        but it might be worth either moving this code up or deleting
 271        the single-stepping code entirely.  -- CSR, 2002-07-15 */
 272 #if defined(LISP_FEATURE_LINUX) || defined(RESTORE_FP_CONTROL_FROM_CONTEXT)
 273     os_restore_fp_control(context);
 274 #endif
 275
 276     /* On entry %eip points just after the INT3 byte and aims at the
 277      * 'kind' value (eg trap_Cerror). For error-trap and Cerror-trap a
 278      * number of bytes will follow, the first is the length of the byte
 279      * arguments to follow. */
 280     trap = *(unsigned char *)(*os_context_pc_addr(context));
 281
 282     handle_trap(context, trap);
 283 }
 284
 285 void
 286 sigill_handler(int signal, siginfo_t *siginfo, void *void_context) {
 287     os_context_t *context = (os_context_t*)void_context;
 288
 289     /* Triggering SIGTRAP using int3 is unreliable on OS X/x86, so
 290      * we need to use illegal instructions for traps.
 291      */
 292 #if defined(LISP_FEATURE_DARWIN) && !defined(LISP_FEATURE_MACH_EXCEPTION_HANDLER)
 293     if (*((unsigned short *)*os_context_pc_addr(context)) == 0x0b0f) {
 294         *os_context_pc_addr(context) += 2;
 295         return sigtrap_handler(signal, siginfo, void_context);
 296     }
 297 #endif
 298
 299     fake_foreign_function_call(context);
 300     lose("Unhandled SIGILL.");
 301 }
 302
 303 #ifdef X86_64_SIGFPE_FIXUP
 304 #define MXCSR_IE (0x01)         /* Invalid Operation */
 305 #define MXCSR_DE (0x02)         /* Denormal */
 306 #define MXCSR_ZE (0x04)         /* Devide-by-Zero */
 307 #define MXCSR_OE (0x08)         /* Overflow */
 308 #define MXCSR_UE (0x10)         /* Underflow */
 309 #define MXCSR_PE (0x20)         /* Precision */
 310
 311 static inline int
 312 mxcsr_to_code(unsigned int mxcsr)
 313 {
 314     /* Extract unmasked exception bits. */
 315     mxcsr &= ~(mxcsr >> 7) & 0x3F;
 316
 317     /* This order is defined at "Intel 64 and IA-32 Architectures
 318      * Software Developerfs Manual" Volume 1: "Basic Architecture",
 319      * 4.9.2 "Floating-Point Exception Priority". */
 320     if (mxcsr & MXCSR_IE)
 321         return FPE_FLTINV;
 322     else if (mxcsr & MXCSR_ZE)
 323         return FPE_FLTDIV;
 324     else if (mxcsr & MXCSR_DE)
 325         return FPE_FLTUND;
 326     else if (mxcsr & MXCSR_OE)
 327         return FPE_FLTOVF;
 328     else if (mxcsr & MXCSR_UE)
 329         return FPE_FLTUND;
 330     else if (mxcsr & MXCSR_PE)
 331         return FPE_FLTRES;
 332
 333     return 0;
 334 }
 335
 336 static void
 337 sigfpe_handler(int signal, siginfo_t *siginfo, void *void_context)
 338 {
 339     os_context_t *context = arch_os_get_context(&void_context);
 340     unsigned int *mxcsr = arch_os_context_mxcsr_addr(context);
 341
 342     if (siginfo->si_code == 0) { /* XMM exception */
 343         siginfo->si_code = mxcsr_to_code(*mxcsr);
 344
 345         /* Clear sticky exception flag. */
 346         *mxcsr &= ~0x3F;
 347     }
 348
 349     interrupt_handle_now(signal, siginfo, context);
 350 }
 351 #endif
 352
 353 void
 354 arch_install_interrupt_handlers()
 355 {
 356     SHOW("entering arch_install_interrupt_handlers()");
 357
 358     /* Note: The old CMU CL code here used sigtrap_handler() to handle
 359      * SIGILL as well as SIGTRAP. I couldn't see any reason to do
 360      * things that way. So, I changed to separate handlers when
 361      * debugging a problem on OpenBSD, where SBCL wasn't catching
 362      * SIGILL properly, but was instead letting the process be
 363      * terminated with an "Illegal instruction" output. If this change
 364      * turns out to break something (maybe breakpoint handling on some
 365      * OS I haven't tested on?) and we have to go back to the old CMU
 366      * CL way, I hope there will at least be a comment to explain
 367      * why.. -- WHN 2001-06-07 */
 368 #if !defined(LISP_FEATURE_MACH_EXCEPTION_HANDLER)
 369     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGILL , sigill_handler);
 370     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGTRAP, sigtrap_handler);
 371 #endif
 372
 373 #ifdef X86_64_SIGFPE_FIXUP
 374     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGFPE, sigfpe_handler);
 375 #endif
 376
 377     SHOW("returning from arch_install_interrupt_handlers()");
 378 }
 379 \f
 380 #ifdef LISP_FEATURE_LINKAGE_TABLE
 381 /* FIXME: It might be cleaner to generate these from the lisp side of
 382  * things.
 383  */
 384
 385 void
 386 arch_write_linkage_table_jmp(char * reloc, void * fun)
 387 {
 388     unsigned long addr = (unsigned long) fun;
 389     int i;
 390
 391     *reloc++ = 0xFF; /* Opcode for near jump to absolute reg/mem64. */
 392     *reloc++ = 0x25; /* ModRM #b00 100 101, i.e. RIP-relative. */
 393     *reloc++ = 0x00; /* 32-bit displacement field = 0 */
 394     *reloc++ = 0x00; /* ... */
 395     *reloc++ = 0x00; /* ... */
 396     *reloc++ = 0x00; /* ... */
 397
 398     for (i = 0; i < 8; i++) {
 399         *reloc++ = addr & 0xff;
 400         addr >>= 8;
 401     }
 402
 403     /* write a nop for good measure. */
 404     *reloc = 0x90;
 405 }
 406
 407 void
 408 arch_write_linkage_table_ref(void * reloc, void * data)
 409 {
 410     *(unsigned long *)reloc = (unsigned long)data;
 411 }
 412
 413 #endif
 414
 415 /* These setup and check *both* the sse2 and x87 FPUs. While lisp code
 416    only uses the sse2 FPU, other code (such as libc) may use the x87 FPU.
 417  */
 418
 419 unsigned int
 420 arch_get_fp_modes()
 421 {
 422     unsigned int temp;
 423     unsigned int result;
 424     /* return the x87 exception flags ored in with the sse2
 425      * control+status flags */
 426     asm ("fnstsw %0" : "=m" (temp));
 427     result = temp;
 428     result &= 0x3F;
 429     asm ("stmxcsr %0" : "=m" (temp));
 430     result |= temp;
 431     /* flip exception mask bits */
 432     return result ^ (0x3F << 7);
 433 }
 434
 435 struct fpenv
 436 {
 437     unsigned short cw;
 438     unsigned short unused1;
 439     unsigned short sw;
 440     unsigned short unused2;
 441     unsigned int other_regs[5];
 442 };
 443
 444 void
 445 arch_set_fp_modes(unsigned int mxcsr)
 446 {
 447     struct fpenv f_env;
 448     unsigned int temp;
 449
 450     /* turn trap enable bits into exception mask */
 451     mxcsr ^= 0x3F << 7;
 452
 453     /* set x87 modes */
 454     asm ("fnstenv %0" : "=m" (f_env));
 455     /* set control word: always long double precision
 456      * get traps and rounding from mxcsr word */
 457     f_env.cw = 0x300 | ((mxcsr >> 7) & 0x3F) | (((mxcsr >> 13) & 0x3) << 10);
 458     /* set status word: only override exception flags, from mxcsr */
 459     f_env.sw &= ~0x3F;
 460     f_env.sw |= (mxcsr & 0x3F);
 461
 462     asm ("fldenv %0" : : "m" (f_env));
 463
 464     /* now, simply, load up the mxcsr register */
 465     temp = mxcsr;
 466     asm ("ldmxcsr %0" : : "m" (temp));
 467 }