]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cgocall.go
runtime: break out system-specific constants into package sys
[gostls13.git] / src / runtime / cgocall.go
1 // Copyright 2009 The Go Authors.  All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // Cgo call and callback support.
6 //
7 // To call into the C function f from Go, the cgo-generated code calls
8 // runtime.cgocall(_cgo_Cfunc_f, frame), where _cgo_Cfunc_f is a
9 // gcc-compiled function written by cgo.
10 //
11 // runtime.cgocall (below) locks g to m, calls entersyscall
12 // so as not to block other goroutines or the garbage collector,
13 // and then calls runtime.asmcgocall(_cgo_Cfunc_f, frame).
14 //
15 // runtime.asmcgocall (in asm_$GOARCH.s) switches to the m->g0 stack
16 // (assumed to be an operating system-allocated stack, so safe to run
17 // gcc-compiled code on) and calls _cgo_Cfunc_f(frame).
18 //
19 // _cgo_Cfunc_f invokes the actual C function f with arguments
20 // taken from the frame structure, records the results in the frame,
21 // and returns to runtime.asmcgocall.
22 //
23 // After it regains control, runtime.asmcgocall switches back to the
24 // original g (m->curg)'s stack and returns to runtime.cgocall.
25 //
26 // After it regains control, runtime.cgocall calls exitsyscall, which blocks
27 // until this m can run Go code without violating the $GOMAXPROCS limit,
28 // and then unlocks g from m.
29 //
30 // The above description skipped over the possibility of the gcc-compiled
31 // function f calling back into Go.  If that happens, we continue down
32 // the rabbit hole during the execution of f.
33 //
34 // To make it possible for gcc-compiled C code to call a Go function p.GoF,
35 // cgo writes a gcc-compiled function named GoF (not p.GoF, since gcc doesn't
36 // know about packages).  The gcc-compiled C function f calls GoF.
37 //
38 // GoF calls crosscall2(_cgoexp_GoF, frame, framesize).  Crosscall2
39 // (in cgo/gcc_$GOARCH.S, a gcc-compiled assembly file) is a two-argument
40 // adapter from the gcc function call ABI to the 6c function call ABI.
41 // It is called from gcc to call 6c functions.  In this case it calls
42 // _cgoexp_GoF(frame, framesize), still running on m->g0's stack
43 // and outside the $GOMAXPROCS limit.  Thus, this code cannot yet
44 // call arbitrary Go code directly and must be careful not to allocate
45 // memory or use up m->g0's stack.
46 //
47 // _cgoexp_GoF calls runtime.cgocallback(p.GoF, frame, framesize).
48 // (The reason for having _cgoexp_GoF instead of writing a crosscall3
49 // to make this call directly is that _cgoexp_GoF, because it is compiled
50 // with 6c instead of gcc, can refer to dotted names like
51 // runtime.cgocallback and p.GoF.)
52 //
53 // runtime.cgocallback (in asm_$GOARCH.s) switches from m->g0's
54 // stack to the original g (m->curg)'s stack, on which it calls
55 // runtime.cgocallbackg(p.GoF, frame, framesize).
56 // As part of the stack switch, runtime.cgocallback saves the current
57 // SP as m->g0->sched.sp, so that any use of m->g0's stack during the
58 // execution of the callback will be done below the existing stack frames.
59 // Before overwriting m->g0->sched.sp, it pushes the old value on the
60 // m->g0 stack, so that it can be restored later.
61 //
62 // runtime.cgocallbackg (below) is now running on a real goroutine
63 // stack (not an m->g0 stack).  First it calls runtime.exitsyscall, which will
64 // block until the $GOMAXPROCS limit allows running this goroutine.
65 // Once exitsyscall has returned, it is safe to do things like call the memory
66 // allocator or invoke the Go callback function p.GoF.  runtime.cgocallbackg
67 // first defers a function to unwind m->g0.sched.sp, so that if p.GoF
68 // panics, m->g0.sched.sp will be restored to its old value: the m->g0 stack
69 // and the m->curg stack will be unwound in lock step.
70 // Then it calls p.GoF.  Finally it pops but does not execute the deferred
71 // function, calls runtime.entersyscall, and returns to runtime.cgocallback.
72 //
73 // After it regains control, runtime.cgocallback switches back to
74 // m->g0's stack (the pointer is still in m->g0.sched.sp), restores the old
75 // m->g0.sched.sp value from the stack, and returns to _cgoexp_GoF.
76 //
77 // _cgoexp_GoF immediately returns to crosscall2, which restores the
78 // callee-save registers for gcc and returns to GoF, which returns to f.
79
80 package runtime
81
82 import (
83         "runtime/internal/sys"
84         "unsafe"
85 )
86
87 // Call from Go to C.
88 //go:nosplit
89 func cgocall(fn, arg unsafe.Pointer) int32 {
90         if !iscgo && GOOS != "solaris" && GOOS != "windows" {
91                 throw("cgocall unavailable")
92         }
93
94         if fn == nil {
95                 throw("cgocall nil")
96         }
97
98         if raceenabled {
99                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
100         }
101
102         /*
103          * Lock g to m to ensure we stay on the same stack if we do a
104          * cgo callback. Add entry to defer stack in case of panic.
105          */
106         lockOSThread()
107         mp := getg().m
108         mp.ncgocall++
109         mp.ncgo++
110         defer endcgo(mp)
111
112         /*
113          * Announce we are entering a system call
114          * so that the scheduler knows to create another
115          * M to run goroutines while we are in the
116          * foreign code.
117          *
118          * The call to asmcgocall is guaranteed not to
119          * split the stack and does not allocate memory,
120          * so it is safe to call while "in a system call", outside
121          * the $GOMAXPROCS accounting.
122          */
123         entersyscall(0)
124         errno := asmcgocall(fn, arg)
125         exitsyscall(0)
126
127         return errno
128 }
129
130 //go:nosplit
131 func endcgo(mp *m) {
132         mp.ncgo--
133
134         if raceenabled {
135                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
136         }
137
138         unlockOSThread() // invalidates mp
139 }
140
141 // Helper functions for cgo code.
142
143 func cmalloc(n uintptr) unsafe.Pointer {
144         var args struct {
145                 n   uint64
146                 ret unsafe.Pointer
147         }
148         args.n = uint64(n)
149         cgocall(_cgo_malloc, unsafe.Pointer(&args))
150         if args.ret == nil {
151                 throw("C malloc failed")
152         }
153         return args.ret
154 }
155
156 func cfree(p unsafe.Pointer) {
157         cgocall(_cgo_free, p)
158 }
159
160 // Call from C back to Go.
161 //go:nosplit
162 func cgocallbackg() {
163         gp := getg()
164         if gp != gp.m.curg {
165                 println("runtime: bad g in cgocallback")
166                 exit(2)
167         }
168
169         // Save current syscall parameters, so m.syscall can be
170         // used again if callback decide to make syscall.
171         syscall := gp.m.syscall
172
173         // entersyscall saves the caller's SP to allow the GC to trace the Go
174         // stack. However, since we're returning to an earlier stack frame and
175         // need to pair with the entersyscall() call made by cgocall, we must
176         // save syscall* and let reentersyscall restore them.
177         savedsp := unsafe.Pointer(gp.syscallsp)
178         savedpc := gp.syscallpc
179         exitsyscall(0) // coming out of cgo call
180         cgocallbackg1()
181         // going back to cgo call
182         reentersyscall(savedpc, uintptr(savedsp))
183
184         gp.m.syscall = syscall
185 }
186
187 func cgocallbackg1() {
188         gp := getg()
189         if gp.m.needextram {
190                 gp.m.needextram = false
191                 systemstack(newextram)
192         }
193
194         if gp.m.ncgo == 0 {
195                 // The C call to Go came from a thread not currently running
196                 // any Go. In the case of -buildmode=c-archive or c-shared,
197                 // this call may be coming in before package initialization
198                 // is complete. Wait until it is.
199                 <-main_init_done
200         }
201
202         // Add entry to defer stack in case of panic.
203         restore := true
204         defer unwindm(&restore)
205
206         if raceenabled {
207                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
208         }
209
210         type args struct {
211                 fn      *funcval
212                 arg     unsafe.Pointer
213                 argsize uintptr
214         }
215         var cb *args
216
217         // Location of callback arguments depends on stack frame layout
218         // and size of stack frame of cgocallback_gofunc.
219         sp := gp.m.g0.sched.sp
220         switch GOARCH {
221         default:
222                 throw("cgocallbackg is unimplemented on arch")
223         case "arm":
224                 // On arm, stack frame is two words and there's a saved LR between
225                 // SP and the stack frame and between the stack frame and the arguments.
226                 cb = (*args)(unsafe.Pointer(sp + 4*sys.PtrSize))
227         case "arm64":
228                 // On arm64, stack frame is four words and there's a saved LR between
229                 // SP and the stack frame and between the stack frame and the arguments.
230                 cb = (*args)(unsafe.Pointer(sp + 5*sys.PtrSize))
231         case "amd64":
232                 // On amd64, stack frame is one word, plus caller PC.
233                 if framepointer_enabled {
234                         // In this case, there's also saved BP.
235                         cb = (*args)(unsafe.Pointer(sp + 3*sys.PtrSize))
236                         break
237                 }
238                 cb = (*args)(unsafe.Pointer(sp + 2*sys.PtrSize))
239         case "386":
240                 // On 386, stack frame is three words, plus caller PC.
241                 cb = (*args)(unsafe.Pointer(sp + 4*sys.PtrSize))
242         case "ppc64", "ppc64le":
243                 // On ppc64, the callback arguments are in the arguments area of
244                 // cgocallback's stack frame. The stack looks like this:
245                 // +--------------------+------------------------------+
246                 // |                    | ...                          |
247                 // | cgoexp_$fn         +------------------------------+
248                 // |                    | fixed frame area             |
249                 // +--------------------+------------------------------+
250                 // |                    | arguments area               |
251                 // | cgocallback        +------------------------------+ <- sp + 2*minFrameSize + 2*ptrSize
252                 // |                    | fixed frame area             |
253                 // +--------------------+------------------------------+ <- sp + minFrameSize + 2*ptrSize
254                 // |                    | local variables (2 pointers) |
255                 // | cgocallback_gofunc +------------------------------+ <- sp + minFrameSize
256                 // |                    | fixed frame area             |
257                 // +--------------------+------------------------------+ <- sp
258                 cb = (*args)(unsafe.Pointer(sp + 2*sys.MinFrameSize + 2*sys.PtrSize))
259         }
260
261         // Invoke callback.
262         // NOTE(rsc): passing nil for argtype means that the copying of the
263         // results back into cb.arg happens without any corresponding write barriers.
264         // For cgo, cb.arg points into a C stack frame and therefore doesn't
265         // hold any pointers that the GC can find anyway - the write barrier
266         // would be a no-op.
267         reflectcall(nil, unsafe.Pointer(cb.fn), unsafe.Pointer(cb.arg), uint32(cb.argsize), 0)
268
269         if raceenabled {
270                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
271         }
272         if msanenabled {
273                 // Tell msan that we wrote to the entire argument block.
274                 // This tells msan that we set the results.
275                 // Since we have already called the function it doesn't
276                 // matter that we are writing to the non-result parameters.
277                 msanwrite(cb.arg, cb.argsize)
278         }
279
280         // Do not unwind m->g0->sched.sp.
281         // Our caller, cgocallback, will do that.
282         restore = false
283 }
284
285 func unwindm(restore *bool) {
286         if !*restore {
287                 return
288         }
289         // Restore sp saved by cgocallback during
290         // unwind of g's stack (see comment at top of file).
291         mp := acquirem()
292         sched := &mp.g0.sched
293         switch GOARCH {
294         default:
295                 throw("unwindm not implemented")
296         case "386", "amd64", "arm", "ppc64", "ppc64le":
297                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + sys.MinFrameSize))
298         case "arm64":
299                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + 16))
300         }
301         releasem(mp)
302 }
303
304 // called from assembly
305 func badcgocallback() {
306         throw("misaligned stack in cgocallback")
307 }
308
309 // called from (incomplete) assembly
310 func cgounimpl() {
311         throw("cgo not implemented")
312 }
313
314 var racecgosync uint64 // represents possible synchronization in C code
315
316 // Pointer checking for cgo code.
317
318 // We want to detect all cases where a program that does not use
319 // unsafe makes a cgo call passing a Go pointer to memory that
320 // contains a Go pointer.  Here a Go pointer is defined as a pointer
321 // to memory allocated by the Go runtime.  Programs that use unsafe
322 // can evade this restriction easily, so we don't try to catch them.
323 // The cgo program will rewrite all possibly bad pointer arguments to
324 // call cgoCheckPointer, where we can catch cases of a Go pointer
325 // pointing to a Go pointer.
326
327 // Complicating matters, taking the address of a slice or array
328 // element permits the C program to access all elements of the slice
329 // or array.  In that case we will see a pointer to a single element,
330 // but we need to check the entire data structure.
331
332 // The cgoCheckPointer call takes additional arguments indicating that
333 // it was called on an address expression.  An additional argument of
334 // true means that it only needs to check a single element.  An
335 // additional argument of a slice or array means that it needs to
336 // check the entire slice/array, but nothing else.  Otherwise, the
337 // pointer could be anything, and we check the entire heap object,
338 // which is conservative but safe.
339
340 // When and if we implement a moving garbage collector,
341 // cgoCheckPointer will pin the pointer for the duration of the cgo
342 // call.  (This is necessary but not sufficient; the cgo program will
343 // also have to change to pin Go pointers that can not point to Go
344 // pointers.)
345
346 // cgoCheckPointer checks if the argument contains a Go pointer that
347 // points to a Go pointer, and panics if it does.  It returns the pointer.
348 func cgoCheckPointer(ptr interface{}, args ...interface{}) interface{} {
349         if debug.cgocheck == 0 {
350                 return ptr
351         }
352
353         ep := (*eface)(unsafe.Pointer(&ptr))
354         t := ep._type
355
356         top := true
357         if len(args) > 0 && t.kind&kindMask == kindPtr {
358                 p := ep.data
359                 if t.kind&kindDirectIface == 0 {
360                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
361                 }
362                 if !cgoIsGoPointer(p) {
363                         return ptr
364                 }
365                 aep := (*eface)(unsafe.Pointer(&args[0]))
366                 switch aep._type.kind & kindMask {
367                 case kindBool:
368                         pt := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(t))
369                         cgoCheckArg(pt.elem, p, true, false)
370                         return ptr
371                 case kindSlice:
372                         // Check the slice rather than the pointer.
373                         ep = aep
374                         t = ep._type
375                 case kindArray:
376                         // Check the array rather than the pointer.
377                         // Pass top as false since we have a pointer
378                         // to the array.
379                         ep = aep
380                         t = ep._type
381                         top = false
382                 default:
383                         throw("can't happen")
384                 }
385         }
386
387         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, top)
388         return ptr
389 }
390
391 const cgoCheckPointerFail = "cgo argument has Go pointer to Go pointer"
392
393 // cgoCheckArg is the real work of cgoCheckPointer.  The argument p,
394 // is either a pointer to the value (of type t), or the value itself,
395 // depending on indir.  The top parameter is whether we are at the top
396 // level, where Go pointers are allowed.
397 func cgoCheckArg(t *_type, p unsafe.Pointer, indir, top bool) {
398         if t.kind&kindNoPointers != 0 {
399                 // If the type has no pointers there is nothing to do.
400                 return
401         }
402
403         switch t.kind & kindMask {
404         default:
405                 throw("can't happen")
406         case kindArray:
407                 at := (*arraytype)(unsafe.Pointer(t))
408                 if !indir {
409                         if at.len != 1 {
410                                 throw("can't happen")
411                         }
412                         cgoCheckArg(at.elem, p, at.elem.kind&kindDirectIface == 0, top)
413                         return
414                 }
415                 for i := uintptr(0); i < at.len; i++ {
416                         cgoCheckArg(at.elem, p, true, top)
417                         p = unsafe.Pointer(uintptr(p) + at.elem.size)
418                 }
419         case kindChan, kindMap:
420                 // These types contain internal pointers that will
421                 // always be allocated in the Go heap.  It's never OK
422                 // to pass them to C.
423                 panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
424         case kindFunc:
425                 if indir {
426                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
427                 }
428                 if !cgoIsGoPointer(p) {
429                         return
430                 }
431                 panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
432         case kindInterface:
433                 it := *(**_type)(p)
434                 if it == nil {
435                         return
436                 }
437                 // A type known at compile time is OK since it's
438                 // constant.  A type not known at compile time will be
439                 // in the heap and will not be OK.
440                 if inheap(uintptr(unsafe.Pointer(it))) {
441                         panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
442                 }
443                 p = *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(uintptr(p) + sys.PtrSize))
444                 if !cgoIsGoPointer(p) {
445                         return
446                 }
447                 if !top {
448                         panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
449                 }
450                 cgoCheckArg(it, p, it.kind&kindDirectIface == 0, false)
451         case kindSlice:
452                 st := (*slicetype)(unsafe.Pointer(t))
453                 s := (*slice)(p)
454                 p = s.array
455                 if !cgoIsGoPointer(p) {
456                         return
457                 }
458                 if !top {
459                         panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
460                 }
461                 for i := 0; i < s.cap; i++ {
462                         cgoCheckArg(st.elem, p, true, false)
463                         p = unsafe.Pointer(uintptr(p) + st.elem.size)
464                 }
465         case kindStruct:
466                 st := (*structtype)(unsafe.Pointer(t))
467                 if !indir {
468                         if len(st.fields) != 1 {
469                                 throw("can't happen")
470                         }
471                         cgoCheckArg(st.fields[0].typ, p, st.fields[0].typ.kind&kindDirectIface == 0, top)
472                         return
473                 }
474                 for _, f := range st.fields {
475                         cgoCheckArg(f.typ, unsafe.Pointer(uintptr(p)+f.offset), true, top)
476                 }
477         case kindPtr, kindUnsafePointer:
478                 if indir {
479                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
480                 }
481
482                 if !cgoIsGoPointer(p) {
483                         return
484                 }
485                 if !top {
486                         panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
487                 }
488
489                 cgoCheckUnknownPointer(p)
490         }
491 }
492
493 // cgoCheckUnknownPointer is called for an arbitrary pointer into Go
494 // memory.  It checks whether that Go memory contains any other
495 // pointer into Go memory.  If it does, we panic.
496 func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer) {
497         if cgoInRange(p, mheap_.arena_start, mheap_.arena_used) {
498                 if !inheap(uintptr(p)) {
499                         // This pointer is either to a stack or to an
500                         // unused span.  Escape analysis should
501                         // prevent the former and the latter should
502                         // not happen.
503                         panic(errorString("cgo argument has invalid Go pointer"))
504                 }
505
506                 base, hbits, span := heapBitsForObject(uintptr(p), 0, 0)
507                 if base == 0 {
508                         return
509                 }
510                 n := span.elemsize
511                 for i := uintptr(0); i < n; i += sys.PtrSize {
512                         bits := hbits.bits()
513                         if i >= 2*sys.PtrSize && bits&bitMarked == 0 {
514                                 // No more possible pointers.
515                                 break
516                         }
517                         if bits&bitPointer != 0 {
518                                 if cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(base + i))) {
519                                         panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
520                                 }
521                         }
522                         hbits = hbits.next()
523                 }
524
525                 return
526         }
527
528         for datap := &firstmoduledata; datap != nil; datap = datap.next {
529                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
530                         // We have no way to know the size of the object.
531                         // We have to assume that it might contain a pointer.
532                         panic(errorString(cgoCheckPointerFail))
533                 }
534                 // In the text or noptr sections, we know that the
535                 // pointer does not point to a Go pointer.
536         }
537 }
538
539 // cgoIsGoPointer returns whether the pointer is a Go pointer--a
540 // pointer to Go memory.  We only care about Go memory that might
541 // contain pointers.
542 func cgoIsGoPointer(p unsafe.Pointer) bool {
543         if p == nil {
544                 return false
545         }
546
547         if cgoInRange(p, mheap_.arena_start, mheap_.arena_used) {
548                 return true
549         }
550
551         for datap := &firstmoduledata; datap != nil; datap = datap.next {
552                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
553                         return true
554                 }
555         }
556
557         return false
558 }
559
560 // cgoInRange returns whether p is between start and end.
561 func cgoInRange(p unsafe.Pointer, start, end uintptr) bool {
562         return start <= uintptr(p) && uintptr(p) < end
563 }