src/runtime/x86-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 "arch.h"
  20 #include "lispregs.h"
  21 #include "signal.h"
  22 #include "alloc.h"
  23 #include "interrupt.h"
  24 #include "interr.h"
  25 #include "breakpoint.h"
  26 #include "thread.h"
  27
  28 #include "genesis/static-symbols.h"
  29 #include "genesis/symbol.h"
  30
  31 #define BREAKPOINT_INST 0xcc    /* INT3 */
  32
  33 unsigned long fast_random_state = 1;
  34
  35 void arch_init(void)
  36 {}
  37
  38 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
  39 os_vm_address_t
  40 arch_get_bad_addr(int sig, siginfo_t *code, os_context_t *context)
  41 {
  42     return (os_vm_address_t)code->si_addr;
  43 }
  44 #endif
  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 int *
  55 context_eflags_addr(os_context_t *context)
  56 {
  57 #if defined __linux__ || defined __sun
  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[16];
  64 #elif defined __FreeBSD__
  65     return &context->uc_mcontext.mc_eflags;
  66 #elif defined __OpenBSD__
  67     return &context->sc_eflags;
  68 #elif defined LISP_FEATURE_DARWIN
  69     return &context->uc_mcontext->ss.eflags;
  70 #elif defined __NetBSD__
  71     return &(context->uc_mcontext.__gregs[_REG_EFL]);
  72 #elif defined LISP_FEATURE_WIN32
  73     return (int *)&context->EFlags;
  74 #else
  75 #error unsupported OS
  76 #endif
  77 }
  78 \f
  79 void arch_skip_instruction(os_context_t *context)
  80 {
  81     /* Assuming we get here via an INT3 xxx instruction, the PC now
  82      * points to the interrupt code (a Lisp value) so we just move
  83      * past it. Skip the code; after that, if the code is an
  84      * error-trap or cerror-trap then skip the data bytes that follow. */
  85
  86     int vlen;
  87     int code;
  88
  89
  90     /* Get and skip the Lisp interrupt code. */
  91     code = *(char*)(*os_context_pc_addr(context))++;
  92     switch (code)
  93         {
  94         case trap_Error:
  95         case trap_Cerror:
  96             /* Lisp error arg vector length */
  97             vlen = *(char*)(*os_context_pc_addr(context))++;
  98             /* Skip Lisp error arg data bytes. */
  99             while (vlen-- > 0) {
 100                 ++*os_context_pc_addr(context);
 101             }
 102             break;
 103
 104         case trap_Breakpoint:           /* not tested */
 105         case trap_FunEndBreakpoint: /* not tested */
 106             break;
 107
 108         case trap_PendingInterrupt:
 109         case trap_Halt:
 110         case trap_SingleStepAround:
 111         case trap_SingleStepBefore:
 112             /* only needed to skip the Code */
 113             break;
 114
 115         default:
 116             fprintf(stderr,"[arch_skip_inst invalid code %d\n]\n",code);
 117             break;
 118         }
 119
 120     FSHOW((stderr,
 121            "/[arch_skip_inst resuming at %x]\n",
 122            *os_context_pc_addr(context)));
 123 }
 124
 125 unsigned char *
 126 arch_internal_error_arguments(os_context_t *context)
 127 {
 128     return 1 + (unsigned char *)(*os_context_pc_addr(context));
 129 }
 130
 131 boolean
 132 arch_pseudo_atomic_atomic(os_context_t *context)
 133 {
 134     return get_pseudo_atomic_atomic(arch_os_get_current_thread());
 135 }
 136
 137 void
 138 arch_set_pseudo_atomic_interrupted(os_context_t *context)
 139 {
 140     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
 141     set_pseudo_atomic_interrupted(thread);
 142 }
 143
 144 void
 145 arch_clear_pseudo_atomic_interrupted(os_context_t *context)
 146 {
 147     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
 148     clear_pseudo_atomic_interrupted(thread);
 149 }
 150 \f
 151 /*
 152  * This stuff seems to get called for TRACE and debug activity.
 153  */
 154
 155 unsigned int
 156 arch_install_breakpoint(void *pc)
 157 {
 158     unsigned int result = *(unsigned int*)pc;
 159
 160     *(char*)pc = BREAKPOINT_INST;               /* x86 INT3       */
 161     *((char*)pc+1) = trap_Breakpoint;           /* Lisp trap code */
 162
 163     return result;
 164 }
 165
 166 void
 167 arch_remove_breakpoint(void *pc, unsigned int orig_inst)
 168 {
 169     *((char *)pc) = orig_inst & 0xff;
 170     *((char *)pc + 1) = (orig_inst & 0xff00) >> 8;
 171 }
 172 \f
 173 /* When single stepping, single_stepping holds the original instruction
 174  * PC location. */
 175 unsigned int *single_stepping = NULL;
 176 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 177 unsigned int  single_step_save1;
 178 unsigned int  single_step_save2;
 179 unsigned int  single_step_save3;
 180 #endif
 181
 182 void
 183 arch_do_displaced_inst(os_context_t *context, unsigned int orig_inst)
 184 {
 185     unsigned int *pc = (unsigned int*)(*os_context_pc_addr(context));
 186
 187     /* Put the original instruction back. */
 188     *((char *)pc) = orig_inst & 0xff;
 189     *((char *)pc + 1) = (orig_inst & 0xff00) >> 8;
 190
 191 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 192     /* Install helper instructions for the single step:
 193      * pushf; or [esp],0x100; popf. */
 194     single_step_save1 = *(pc-3);
 195     single_step_save2 = *(pc-2);
 196     single_step_save3 = *(pc-1);
 197     *(pc-3) = 0x9c909090;
 198     *(pc-2) = 0x00240c81;
 199     *(pc-1) = 0x9d000001;
 200 #else
 201     *context_eflags_addr(context) |= 0x100;
 202 #endif
 203
 204     single_stepping = pc;
 205
 206 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 207     *os_context_pc_addr(context) = (char *)pc - 9;
 208 #endif
 209 }
 210 \f
 211 void
 212 restore_breakpoint_from_single_step(os_context_t * context)
 213 {
 214     /* fprintf(stderr,"* single step trap %x\n", single_stepping); */
 215 #ifdef CANNOT_GET_TO_SINGLE_STEP_FLAG
 216     /* Un-install single step helper instructions. */
 217     *(single_stepping-3) = single_step_save1;
 218     *(single_stepping-2) = single_step_save2;
 219     *(single_stepping-1) = single_step_save3;
 220 #else
 221     *context_eflags_addr(context) &= ~0x100;
 222 #endif
 223     /* Re-install the breakpoint if possible. */
 224     if (*os_context_pc_addr(context) == (int)single_stepping + 1) {
 225         fprintf(stderr, "warning: couldn't reinstall breakpoint\n");
 226     } else {
 227         *((char *)single_stepping) = BREAKPOINT_INST;       /* x86 INT3 */
 228         *((char *)single_stepping+1) = trap_Breakpoint;
 229     }
 230
 231     single_stepping = NULL;
 232     return;
 233 }
 234
 235 void
 236 sigtrap_handler(int signal, siginfo_t *info, void *void_context)
 237 {
 238     os_context_t *context = (os_context_t*)void_context;
 239     unsigned int trap;
 240
 241 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
 242     /* On Windows this is done in the SE handler. */
 243     if (single_stepping && (signal==SIGTRAP)) {
 244         restore_breakpoint_from_single_step(context);
 245         return;
 246     }
 247 #endif
 248
 249     /* This is just for info in case the monitor wants to print an
 250      * approximation. */
 251     current_control_stack_pointer =
 252         (lispobj *)*os_context_sp_addr(context);
 253
 254     /* FIXME: CMUCL puts the float control restoration code here.
 255        Thus, it seems to me that single-stepping won't restore the
 256        float control.  Since SBCL currently doesn't support
 257        single-stepping (as far as I can tell) this is somewhat moot,
 258        but it might be worth either moving this code up or deleting
 259        the single-stepping code entirely.  -- CSR, 2002-07-15 */
 260 #if defined(LISP_FEATURE_LINUX) || defined(RESTORE_FP_CONTROL_FROM_CONTEXT)
 261     os_restore_fp_control(context);
 262 #endif
 263
 264
 265 #ifdef LISP_FEATURE_SUNOS
 266     /* For some reason the breakpoints that :ENCAPSULATE NIL tracing sets up
 267      * cause a trace trap (i.e. processor single-stepping trap) on the following
 268      * instruction on Solaris 10/x86. -- JES, 2006-04-07
 269      */
 270     if (info->si_code == TRAP_TRACE) {
 271         lose("foo");
 272         return;
 273     }
 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     /* FSHOW((stderr, "/<sigtrap trap %d at pc_addr: %p>\n", trap, *os_context_pc_addr(context))); */
 282     switch (trap) {
 283
 284     case trap_PendingInterrupt:
 285         FSHOW((stderr, "/<trap pending interrupt>\n"));
 286         arch_skip_instruction(context);
 287         interrupt_handle_pending(context);
 288         break;
 289
 290     case trap_Halt:
 291         /* Note: the old CMU CL code tried to save FPU state
 292          * here, and restore it after we do our thing, but there
 293          * seems to be no point in doing that, since we're just
 294          * going to lose(..) anyway. */
 295         fake_foreign_function_call(context);
 296         lose("%%PRIMITIVE HALT called; the party is over.\n");
 297
 298     case trap_Error:
 299     case trap_Cerror:
 300         FSHOW((stderr, "<trap error/cerror %d>\n", trap));
 301         interrupt_internal_error(signal, info, context, trap==trap_Cerror);
 302         break;
 303
 304     case trap_Breakpoint:
 305         --*os_context_pc_addr(context);
 306         handle_breakpoint(signal, info, context);
 307         break;
 308
 309     case trap_FunEndBreakpoint:
 310         --*os_context_pc_addr(context);
 311         *os_context_pc_addr(context) =
 312             (int)handle_fun_end_breakpoint(signal, info, context);
 313         break;
 314
 315     case trap_SingleStepAround:
 316     case trap_SingleStepBefore:
 317         arch_skip_instruction(context);
 318         /* On x86 the fdefn / function is always in EAX, so we pass 0
 319          * as the register_offset. */
 320         handle_single_step_trap(context, trap, 0);
 321         break;
 322
 323     default:
 324         FSHOW((stderr,"/[C--trap default %d %d %x]\n",
 325                signal, trap, context));
 326         interrupt_handle_now(signal, info, context);
 327         break;
 328     }
 329 }
 330
 331 void
 332 sigill_handler(int signal, siginfo_t *siginfo, void *void_context) {
 333     os_context_t *context = (os_context_t*)void_context;
 334
 335     /* Triggering SIGTRAP using int3 is unreliable on OS X/x86, so
 336      * we need to use illegal instructions for traps.
 337      */
 338 #if defined(LISP_FEATURE_DARWIN) && !defined(LISP_FEATURE_MACH_EXCEPTION_HANDLER)
 339     if (*((unsigned short *)*os_context_pc_addr(context)) == 0x0b0f) {
 340         *os_context_pc_addr(context) += 2;
 341         return sigtrap_handler(signal, siginfo, void_context);
 342     }
 343 #endif
 344
 345     fake_foreign_function_call(context);
 346     lose("fake_foreign_call fell through");
 347 }
 348
 349 void
 350 arch_install_interrupt_handlers()
 351 {
 352     SHOW("entering arch_install_interrupt_handlers()");
 353
 354     /* Note: The old CMU CL code here used sigtrap_handler() to handle
 355      * SIGILL as well as SIGTRAP. I couldn't see any reason to do
 356      * things that way. So, I changed to separate handlers when
 357      * debugging a problem on OpenBSD, where SBCL wasn't catching
 358      * SIGILL properly, but was instead letting the process be
 359      * terminated with an "Illegal instruction" output. If this change
 360      * turns out to break something (maybe breakpoint handling on some
 361      * OS I haven't tested on?) and we have to go back to the old CMU
 362      * CL way, I hope there will at least be a comment to explain
 363      * why.. -- WHN 2001-06-07 */
 364 #if !defined(LISP_FEATURE_WIN32) && !defined(LISP_FEATURE_MACH_EXCEPTION_HANDLER)
 365     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGILL , sigill_handler);
 366     undoably_install_low_level_interrupt_handler(SIGTRAP, sigtrap_handler);
 367 #endif
 368
 369     SHOW("returning from arch_install_interrupt_handlers()");
 370 }
 371 \f
 372 /* This is implemented in assembly language and called from C: */
 373 extern lispobj
 374 call_into_lisp(lispobj fun, lispobj *args, int nargs);
 375
 376 /* These functions are an interface to the Lisp call-in facility.
 377  * Since this is C we can know nothing about the calling environment.
 378  * The control stack might be the C stack if called from the monitor
 379  * or the Lisp stack if called as a result of an interrupt or maybe
 380  * even a separate stack. The args are most likely on that stack but
 381  * could be in registers depending on what the compiler likes. So we
 382  * copy the args into a portable vector and let the assembly language
 383  * call-in function figure it out. */
 384
 385 lispobj
 386 funcall0(lispobj function)
 387 {
 388     lispobj *args = NULL;
 389
 390     FSHOW((stderr, "/entering funcall0(0x%lx)\n", (long)function));
 391     return call_into_lisp(function, args, 0);
 392 }
 393 lispobj
 394 funcall1(lispobj function, lispobj arg0)
 395 {
 396     lispobj args[1];
 397     args[0] = arg0;
 398     return call_into_lisp(function, args, 1);
 399 }
 400 lispobj
 401 funcall2(lispobj function, lispobj arg0, lispobj arg1)
 402 {
 403     lispobj args[2];
 404     args[0] = arg0;
 405     args[1] = arg1;
 406     return call_into_lisp(function, args, 2);
 407 }
 408 lispobj
 409 funcall3(lispobj function, lispobj arg0, lispobj arg1, lispobj arg2)
 410 {
 411     lispobj args[3];
 412     args[0] = arg0;
 413     args[1] = arg1;
 414     args[2] = arg2;
 415     return call_into_lisp(function, args, 3);
 416 }
 417
 418 #ifdef LISP_FEATURE_LINKAGE_TABLE
 419 /* FIXME: It might be cleaner to generate these from the lisp side of
 420  * things.
 421  */
 422
 423 void
 424 arch_write_linkage_table_jmp(char * reloc, void * fun)
 425 {
 426     /* Make JMP to function entry. JMP offset is calculated from next
 427      * instruction.
 428      */
 429     long offset = (char *)fun - (reloc + 5);
 430     int i;
 431
 432     *reloc++ = 0xe9;            /* opcode for JMP rel32 */
 433     for (i = 0; i < 4; i++) {
 434         *reloc++ = offset & 0xff;
 435         offset >>= 8;
 436     }
 437
 438     /* write a nop for good measure. */
 439     *reloc = 0x90;
 440 }
 441
 442 void
 443 arch_write_linkage_table_ref(void * reloc, void * data)
 444 {
 445     *(unsigned long *)reloc = (unsigned long)data;
 446 }
 447
 448 #endif