]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cgocall.go
Revert "runtime/cgo: store M for C-created thread in pthread key"
[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) calls entersyscall so as not to block
12 // other goroutines or the garbage collector, and then calls
13 // 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 $GOMAXPROCS limit,
28 // and then unlocks g from m.
29 //
30 // The above description skipped over the possibility of the gcc-compiled
31 // function f calling back into Go. If that happens, we continue down
32 // the rabbit hole during the execution of f.
33 //
34 // To make it possible for gcc-compiled C code to call a Go function p.GoF,
35 // cgo writes a gcc-compiled function named GoF (not p.GoF, since gcc doesn't
36 // know about packages).  The gcc-compiled C function f calls GoF.
37 //
38 // GoF initializes "frame", a structure containing all of its
39 // arguments and slots for p.GoF's results. It calls
40 // crosscall2(_cgoexp_GoF, frame, framesize, ctxt) using the gcc ABI.
41 //
42 // crosscall2 (in cgo/asm_$GOARCH.s) is a four-argument adapter from
43 // the gcc function call ABI to the gc function call ABI. At this
44 // point we're in the Go runtime, but we're still running on m.g0's
45 // stack and outside the $GOMAXPROCS limit. crosscall2 calls
46 // runtime.cgocallback(_cgoexp_GoF, frame, ctxt) using the gc ABI.
47 // (crosscall2's framesize argument is no longer used, but there's one
48 // case where SWIG calls crosscall2 directly and expects to pass this
49 // argument. See _cgo_panic.)
50 //
51 // runtime.cgocallback (in asm_$GOARCH.s) switches from m.g0's stack
52 // to the original g (m.curg)'s stack, on which it calls
53 // runtime.cgocallbackg(_cgoexp_GoF, frame, ctxt). As part of the
54 // stack switch, runtime.cgocallback saves the current SP as
55 // m.g0.sched.sp, so that any use of m.g0's stack during the execution
56 // of the callback will be done below the existing stack frames.
57 // Before overwriting m.g0.sched.sp, it pushes the old value on the
58 // m.g0 stack, so that it can be restored later.
59 //
60 // runtime.cgocallbackg (below) is now running on a real goroutine
61 // stack (not an m.g0 stack).  First it calls runtime.exitsyscall, which will
62 // block until the $GOMAXPROCS limit allows running this goroutine.
63 // Once exitsyscall has returned, it is safe to do things like call the memory
64 // allocator or invoke the Go callback function.  runtime.cgocallbackg
65 // first defers a function to unwind m.g0.sched.sp, so that if p.GoF
66 // panics, m.g0.sched.sp will be restored to its old value: the m.g0 stack
67 // and the m.curg stack will be unwound in lock step.
68 // Then it calls _cgoexp_GoF(frame).
69 //
70 // _cgoexp_GoF, which was generated by cmd/cgo, unpacks the arguments
71 // from frame, calls p.GoF, writes the results back to frame, and
72 // returns. Now we start unwinding this whole process.
73 //
74 // runtime.cgocallbackg pops but does not execute the deferred
75 // function to unwind m.g0.sched.sp, calls runtime.entersyscall, and
76 // returns to runtime.cgocallback.
77 //
78 // After it regains control, runtime.cgocallback switches back to
79 // m.g0's stack (the pointer is still in m.g0.sched.sp), restores the old
80 // m.g0.sched.sp value from the stack, and returns to crosscall2.
81 //
82 // crosscall2 restores the callee-save registers for gcc and returns
83 // to GoF, which unpacks any result values and returns to f.
84
85 package runtime
86
87 import (
88         "internal/goarch"
89         "internal/goexperiment"
90         "runtime/internal/sys"
91         "unsafe"
92 )
93
94 // Addresses collected in a cgo backtrace when crashing.
95 // Length must match arg.Max in x_cgo_callers in runtime/cgo/gcc_traceback.c.
96 type cgoCallers [32]uintptr
97
98 // argset matches runtime/cgo/linux_syscall.c:argset_t
99 type argset struct {
100         args   unsafe.Pointer
101         retval uintptr
102 }
103
104 // wrapper for syscall package to call cgocall for libc (cgo) calls.
105 //
106 //go:linkname syscall_cgocaller syscall.cgocaller
107 //go:nosplit
108 //go:uintptrescapes
109 func syscall_cgocaller(fn unsafe.Pointer, args ...uintptr) uintptr {
110         as := argset{args: unsafe.Pointer(&args[0])}
111         cgocall(fn, unsafe.Pointer(&as))
112         return as.retval
113 }
114
115 var ncgocall uint64 // number of cgo calls in total for dead m
116
117 // Call from Go to C.
118 //
119 // This must be nosplit because it's used for syscalls on some
120 // platforms. Syscalls may have untyped arguments on the stack, so
121 // it's not safe to grow or scan the stack.
122 //
123 //go:nosplit
124 func cgocall(fn, arg unsafe.Pointer) int32 {
125         if !iscgo && GOOS != "solaris" && GOOS != "illumos" && GOOS != "windows" {
126                 throw("cgocall unavailable")
127         }
128
129         if fn == nil {
130                 throw("cgocall nil")
131         }
132
133         if raceenabled {
134                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
135         }
136
137         mp := getg().m
138         mp.ncgocall++
139
140         // Reset traceback.
141         mp.cgoCallers[0] = 0
142
143         // Announce we are entering a system call
144         // so that the scheduler knows to create another
145         // M to run goroutines while we are in the
146         // foreign code.
147         //
148         // The call to asmcgocall is guaranteed not to
149         // grow the stack and does not allocate memory,
150         // so it is safe to call while "in a system call", outside
151         // the $GOMAXPROCS accounting.
152         //
153         // fn may call back into Go code, in which case we'll exit the
154         // "system call", run the Go code (which may grow the stack),
155         // and then re-enter the "system call" reusing the PC and SP
156         // saved by entersyscall here.
157         entersyscall()
158
159         // Tell asynchronous preemption that we're entering external
160         // code. We do this after entersyscall because this may block
161         // and cause an async preemption to fail, but at this point a
162         // sync preemption will succeed (though this is not a matter
163         // of correctness).
164         osPreemptExtEnter(mp)
165
166         mp.incgo = true
167         // We use ncgo as a check during execution tracing for whether there is
168         // any C on the call stack, which there will be after this point. If
169         // there isn't, we can use frame pointer unwinding to collect call
170         // stacks efficiently. This will be the case for the first Go-to-C call
171         // on a stack, so it's prefereable to update it here, after we emit a
172         // trace event in entersyscall above.
173         mp.ncgo++
174
175         errno := asmcgocall(fn, arg)
176
177         // Update accounting before exitsyscall because exitsyscall may
178         // reschedule us on to a different M.
179         mp.incgo = false
180         mp.ncgo--
181
182         osPreemptExtExit(mp)
183
184         exitsyscall()
185
186         // Note that raceacquire must be called only after exitsyscall has
187         // wired this M to a P.
188         if raceenabled {
189                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
190         }
191
192         // From the garbage collector's perspective, time can move
193         // backwards in the sequence above. If there's a callback into
194         // Go code, GC will see this function at the call to
195         // asmcgocall. When the Go call later returns to C, the
196         // syscall PC/SP is rolled back and the GC sees this function
197         // back at the call to entersyscall. Normally, fn and arg
198         // would be live at entersyscall and dead at asmcgocall, so if
199         // time moved backwards, GC would see these arguments as dead
200         // and then live. Prevent these undead arguments from crashing
201         // GC by forcing them to stay live across this time warp.
202         KeepAlive(fn)
203         KeepAlive(arg)
204         KeepAlive(mp)
205
206         return errno
207 }
208
209 // Call from C back to Go. fn must point to an ABIInternal Go entry-point.
210 //
211 //go:nosplit
212 func cgocallbackg(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
213         gp := getg()
214         if gp != gp.m.curg {
215                 println("runtime: bad g in cgocallback")
216                 exit(2)
217         }
218
219         // The call from C is on gp.m's g0 stack, so we must ensure
220         // that we stay on that M. We have to do this before calling
221         // exitsyscall, since it would otherwise be free to move us to
222         // a different M. The call to unlockOSThread is in unwindm.
223         lockOSThread()
224
225         checkm := gp.m
226
227         // Save current syscall parameters, so m.syscall can be
228         // used again if callback decide to make syscall.
229         syscall := gp.m.syscall
230
231         // entersyscall saves the caller's SP to allow the GC to trace the Go
232         // stack. However, since we're returning to an earlier stack frame and
233         // need to pair with the entersyscall() call made by cgocall, we must
234         // save syscall* and let reentersyscall restore them.
235         savedsp := unsafe.Pointer(gp.syscallsp)
236         savedpc := gp.syscallpc
237         exitsyscall() // coming out of cgo call
238         gp.m.incgo = false
239
240         osPreemptExtExit(gp.m)
241
242         cgocallbackg1(fn, frame, ctxt) // will call unlockOSThread
243
244         // At this point unlockOSThread has been called.
245         // The following code must not change to a different m.
246         // This is enforced by checking incgo in the schedule function.
247
248         gp.m.incgo = true
249
250         if gp.m != checkm {
251                 throw("m changed unexpectedly in cgocallbackg")
252         }
253
254         osPreemptExtEnter(gp.m)
255
256         // going back to cgo call
257         reentersyscall(savedpc, uintptr(savedsp))
258
259         gp.m.syscall = syscall
260 }
261
262 func cgocallbackg1(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
263         gp := getg()
264
265         // When we return, undo the call to lockOSThread in cgocallbackg.
266         // We must still stay on the same m.
267         defer unlockOSThread()
268
269         if gp.m.needextram || extraMWaiters.Load() > 0 {
270                 gp.m.needextram = false
271                 systemstack(newextram)
272         }
273
274         if ctxt != 0 {
275                 s := append(gp.cgoCtxt, ctxt)
276
277                 // Now we need to set gp.cgoCtxt = s, but we could get
278                 // a SIGPROF signal while manipulating the slice, and
279                 // the SIGPROF handler could pick up gp.cgoCtxt while
280                 // tracing up the stack.  We need to ensure that the
281                 // handler always sees a valid slice, so set the
282                 // values in an order such that it always does.
283                 p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
284                 atomicstorep(unsafe.Pointer(&p.array), unsafe.Pointer(&s[0]))
285                 p.cap = cap(s)
286                 p.len = len(s)
287
288                 defer func(gp *g) {
289                         // Decrease the length of the slice by one, safely.
290                         p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
291                         p.len--
292                 }(gp)
293         }
294
295         if gp.m.ncgo == 0 {
296                 // The C call to Go came from a thread not currently running
297                 // any Go. In the case of -buildmode=c-archive or c-shared,
298                 // this call may be coming in before package initialization
299                 // is complete. Wait until it is.
300                 <-main_init_done
301         }
302
303         // Check whether the profiler needs to be turned on or off; this route to
304         // run Go code does not use runtime.execute, so bypasses the check there.
305         hz := sched.profilehz
306         if gp.m.profilehz != hz {
307                 setThreadCPUProfiler(hz)
308         }
309
310         // Add entry to defer stack in case of panic.
311         restore := true
312         defer unwindm(&restore)
313
314         if raceenabled {
315                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
316         }
317
318         // Invoke callback. This function is generated by cmd/cgo and
319         // will unpack the argument frame and call the Go function.
320         var cb func(frame unsafe.Pointer)
321         cbFV := funcval{uintptr(fn)}
322         *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&cb)) = noescape(unsafe.Pointer(&cbFV))
323         cb(frame)
324
325         if raceenabled {
326                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
327         }
328
329         // Do not unwind m->g0->sched.sp.
330         // Our caller, cgocallback, will do that.
331         restore = false
332 }
333
334 func unwindm(restore *bool) {
335         if *restore {
336                 // Restore sp saved by cgocallback during
337                 // unwind of g's stack (see comment at top of file).
338                 mp := acquirem()
339                 sched := &mp.g0.sched
340                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + alignUp(sys.MinFrameSize, sys.StackAlign)))
341
342                 // Do the accounting that cgocall will not have a chance to do
343                 // during an unwind.
344                 //
345                 // In the case where a Go call originates from C, ncgo is 0
346                 // and there is no matching cgocall to end.
347                 if mp.ncgo > 0 {
348                         mp.incgo = false
349                         mp.ncgo--
350                         osPreemptExtExit(mp)
351                 }
352
353                 releasem(mp)
354         }
355 }
356
357 // called from assembly.
358 func badcgocallback() {
359         throw("misaligned stack in cgocallback")
360 }
361
362 // called from (incomplete) assembly.
363 func cgounimpl() {
364         throw("cgo not implemented")
365 }
366
367 var racecgosync uint64 // represents possible synchronization in C code
368
369 // Pointer checking for cgo code.
370
371 // We want to detect all cases where a program that does not use
372 // unsafe makes a cgo call passing a Go pointer to memory that
373 // contains a Go pointer. Here a Go pointer is defined as a pointer
374 // to memory allocated by the Go runtime. Programs that use unsafe
375 // can evade this restriction easily, so we don't try to catch them.
376 // The cgo program will rewrite all possibly bad pointer arguments to
377 // call cgoCheckPointer, where we can catch cases of a Go pointer
378 // pointing to a Go pointer.
379
380 // Complicating matters, taking the address of a slice or array
381 // element permits the C program to access all elements of the slice
382 // or array. In that case we will see a pointer to a single element,
383 // but we need to check the entire data structure.
384
385 // The cgoCheckPointer call takes additional arguments indicating that
386 // it was called on an address expression. An additional argument of
387 // true means that it only needs to check a single element. An
388 // additional argument of a slice or array means that it needs to
389 // check the entire slice/array, but nothing else. Otherwise, the
390 // pointer could be anything, and we check the entire heap object,
391 // which is conservative but safe.
392
393 // When and if we implement a moving garbage collector,
394 // cgoCheckPointer will pin the pointer for the duration of the cgo
395 // call.  (This is necessary but not sufficient; the cgo program will
396 // also have to change to pin Go pointers that cannot point to Go
397 // pointers.)
398
399 // cgoCheckPointer checks if the argument contains a Go pointer that
400 // points to a Go pointer, and panics if it does.
401 func cgoCheckPointer(ptr any, arg any) {
402         if !goexperiment.CgoCheck2 && debug.cgocheck == 0 {
403                 return
404         }
405
406         ep := efaceOf(&ptr)
407         t := ep._type
408
409         top := true
410         if arg != nil && (t.kind&kindMask == kindPtr || t.kind&kindMask == kindUnsafePointer) {
411                 p := ep.data
412                 if t.kind&kindDirectIface == 0 {
413                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
414                 }
415                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
416                         return
417                 }
418                 aep := efaceOf(&arg)
419                 switch aep._type.kind & kindMask {
420                 case kindBool:
421                         if t.kind&kindMask == kindUnsafePointer {
422                                 // We don't know the type of the element.
423                                 break
424                         }
425                         pt := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(t))
426                         cgoCheckArg(pt.elem, p, true, false, cgoCheckPointerFail)
427                         return
428                 case kindSlice:
429                         // Check the slice rather than the pointer.
430                         ep = aep
431                         t = ep._type
432                 case kindArray:
433                         // Check the array rather than the pointer.
434                         // Pass top as false since we have a pointer
435                         // to the array.
436                         ep = aep
437                         t = ep._type
438                         top = false
439                 default:
440                         throw("can't happen")
441                 }
442         }
443
444         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, top, cgoCheckPointerFail)
445 }
446
447 const cgoCheckPointerFail = "cgo argument has Go pointer to Go pointer"
448 const cgoResultFail = "cgo result has Go pointer"
449
450 // cgoCheckArg is the real work of cgoCheckPointer. The argument p
451 // is either a pointer to the value (of type t), or the value itself,
452 // depending on indir. The top parameter is whether we are at the top
453 // level, where Go pointers are allowed.
454 func cgoCheckArg(t *_type, p unsafe.Pointer, indir, top bool, msg string) {
455         if t.ptrdata == 0 || p == nil {
456                 // If the type has no pointers there is nothing to do.
457                 return
458         }
459
460         switch t.kind & kindMask {
461         default:
462                 throw("can't happen")
463         case kindArray:
464                 at := (*arraytype)(unsafe.Pointer(t))
465                 if !indir {
466                         if at.len != 1 {
467                                 throw("can't happen")
468                         }
469                         cgoCheckArg(at.elem, p, at.elem.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
470                         return
471                 }
472                 for i := uintptr(0); i < at.len; i++ {
473                         cgoCheckArg(at.elem, p, true, top, msg)
474                         p = add(p, at.elem.size)
475                 }
476         case kindChan, kindMap:
477                 // These types contain internal pointers that will
478                 // always be allocated in the Go heap. It's never OK
479                 // to pass them to C.
480                 panic(errorString(msg))
481         case kindFunc:
482                 if indir {
483                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
484                 }
485                 if !cgoIsGoPointer(p) {
486                         return
487                 }
488                 panic(errorString(msg))
489         case kindInterface:
490                 it := *(**_type)(p)
491                 if it == nil {
492                         return
493                 }
494                 // A type known at compile time is OK since it's
495                 // constant. A type not known at compile time will be
496                 // in the heap and will not be OK.
497                 if inheap(uintptr(unsafe.Pointer(it))) {
498                         panic(errorString(msg))
499                 }
500                 p = *(*unsafe.Pointer)(add(p, goarch.PtrSize))
501                 if !cgoIsGoPointer(p) {
502                         return
503                 }
504                 if !top {
505                         panic(errorString(msg))
506                 }
507                 cgoCheckArg(it, p, it.kind&kindDirectIface == 0, false, msg)
508         case kindSlice:
509                 st := (*slicetype)(unsafe.Pointer(t))
510                 s := (*slice)(p)
511                 p = s.array
512                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
513                         return
514                 }
515                 if !top {
516                         panic(errorString(msg))
517                 }
518                 if st.elem.ptrdata == 0 {
519                         return
520                 }
521                 for i := 0; i < s.cap; i++ {
522                         cgoCheckArg(st.elem, p, true, false, msg)
523                         p = add(p, st.elem.size)
524                 }
525         case kindString:
526                 ss := (*stringStruct)(p)
527                 if !cgoIsGoPointer(ss.str) {
528                         return
529                 }
530                 if !top {
531                         panic(errorString(msg))
532                 }
533         case kindStruct:
534                 st := (*structtype)(unsafe.Pointer(t))
535                 if !indir {
536                         if len(st.fields) != 1 {
537                                 throw("can't happen")
538                         }
539                         cgoCheckArg(st.fields[0].typ, p, st.fields[0].typ.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
540                         return
541                 }
542                 for _, f := range st.fields {
543                         if f.typ.ptrdata == 0 {
544                                 continue
545                         }
546                         cgoCheckArg(f.typ, add(p, f.offset), true, top, msg)
547                 }
548         case kindPtr, kindUnsafePointer:
549                 if indir {
550                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
551                         if p == nil {
552                                 return
553                         }
554                 }
555
556                 if !cgoIsGoPointer(p) {
557                         return
558                 }
559                 if !top {
560                         panic(errorString(msg))
561                 }
562
563                 cgoCheckUnknownPointer(p, msg)
564         }
565 }
566
567 // cgoCheckUnknownPointer is called for an arbitrary pointer into Go
568 // memory. It checks whether that Go memory contains any other
569 // pointer into Go memory. If it does, we panic.
570 // The return values are unused but useful to see in panic tracebacks.
571 func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
572         if inheap(uintptr(p)) {
573                 b, span, _ := findObject(uintptr(p), 0, 0)
574                 base = b
575                 if base == 0 {
576                         return
577                 }
578                 n := span.elemsize
579                 hbits := heapBitsForAddr(base, n)
580                 for {
581                         var addr uintptr
582                         if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
583                                 break
584                         }
585                         if cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))) {
586                                 panic(errorString(msg))
587                         }
588                 }
589
590                 return
591         }
592
593         for _, datap := range activeModules() {
594                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
595                         // We have no way to know the size of the object.
596                         // We have to assume that it might contain a pointer.
597                         panic(errorString(msg))
598                 }
599                 // In the text or noptr sections, we know that the
600                 // pointer does not point to a Go pointer.
601         }
602
603         return
604 }
605
606 // cgoIsGoPointer reports whether the pointer is a Go pointer--a
607 // pointer to Go memory. We only care about Go memory that might
608 // contain pointers.
609 //
610 //go:nosplit
611 //go:nowritebarrierrec
612 func cgoIsGoPointer(p unsafe.Pointer) bool {
613         if p == nil {
614                 return false
615         }
616
617         if inHeapOrStack(uintptr(p)) {
618                 return true
619         }
620
621         for _, datap := range activeModules() {
622                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
623                         return true
624                 }
625         }
626
627         return false
628 }
629
630 // cgoInRange reports whether p is between start and end.
631 //
632 //go:nosplit
633 //go:nowritebarrierrec
634 func cgoInRange(p unsafe.Pointer, start, end uintptr) bool {
635         return start <= uintptr(p) && uintptr(p) < end
636 }
637
638 // cgoCheckResult is called to check the result parameter of an
639 // exported Go function. It panics if the result is or contains a Go
640 // pointer.
641 func cgoCheckResult(val any) {
642         if !goexperiment.CgoCheck2 && debug.cgocheck == 0 {
643                 return
644         }
645
646         ep := efaceOf(&val)
647         t := ep._type
648         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, false, cgoResultFail)
649 }