]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cgocall.go
[dev.cmdgo] all: merge master (c2f96e6) into dev.cmdgo
[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         "runtime/internal/atomic"
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 //go:linkname syscall_cgocaller syscall.cgocaller
106 //go:nosplit
107 //go:uintptrescapes
108 func syscall_cgocaller(fn unsafe.Pointer, args ...uintptr) uintptr {
109         as := argset{args: unsafe.Pointer(&args[0])}
110         cgocall(fn, unsafe.Pointer(&as))
111         return as.retval
112 }
113
114 var ncgocall uint64 // number of cgo calls in total for dead m
115
116 // Call from Go to C.
117 //
118 // This must be nosplit because it's used for syscalls on some
119 // platforms. Syscalls may have untyped arguments on the stack, so
120 // it's not safe to grow or scan the stack.
121 //
122 //go:nosplit
123 func cgocall(fn, arg unsafe.Pointer) int32 {
124         if !iscgo && GOOS != "solaris" && GOOS != "illumos" && GOOS != "windows" {
125                 throw("cgocall unavailable")
126         }
127
128         if fn == nil {
129                 throw("cgocall nil")
130         }
131
132         if raceenabled {
133                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
134         }
135
136         mp := getg().m
137         mp.ncgocall++
138         mp.ncgo++
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         errno := asmcgocall(fn, arg)
168
169         // Update accounting before exitsyscall because exitsyscall may
170         // reschedule us on to a different M.
171         mp.incgo = false
172         mp.ncgo--
173
174         osPreemptExtExit(mp)
175
176         exitsyscall()
177
178         // Note that raceacquire must be called only after exitsyscall has
179         // wired this M to a P.
180         if raceenabled {
181                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
182         }
183
184         // From the garbage collector's perspective, time can move
185         // backwards in the sequence above. If there's a callback into
186         // Go code, GC will see this function at the call to
187         // asmcgocall. When the Go call later returns to C, the
188         // syscall PC/SP is rolled back and the GC sees this function
189         // back at the call to entersyscall. Normally, fn and arg
190         // would be live at entersyscall and dead at asmcgocall, so if
191         // time moved backwards, GC would see these arguments as dead
192         // and then live. Prevent these undead arguments from crashing
193         // GC by forcing them to stay live across this time warp.
194         KeepAlive(fn)
195         KeepAlive(arg)
196         KeepAlive(mp)
197
198         return errno
199 }
200
201 // Call from C back to Go. fn must point to an ABIInternal Go entry-point.
202 //go:nosplit
203 func cgocallbackg(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
204         gp := getg()
205         if gp != gp.m.curg {
206                 println("runtime: bad g in cgocallback")
207                 exit(2)
208         }
209
210         // The call from C is on gp.m's g0 stack, so we must ensure
211         // that we stay on that M. We have to do this before calling
212         // exitsyscall, since it would otherwise be free to move us to
213         // a different M. The call to unlockOSThread is in unwindm.
214         lockOSThread()
215
216         checkm := gp.m
217
218         // Save current syscall parameters, so m.syscall can be
219         // used again if callback decide to make syscall.
220         syscall := gp.m.syscall
221
222         // entersyscall saves the caller's SP to allow the GC to trace the Go
223         // stack. However, since we're returning to an earlier stack frame and
224         // need to pair with the entersyscall() call made by cgocall, we must
225         // save syscall* and let reentersyscall restore them.
226         savedsp := unsafe.Pointer(gp.syscallsp)
227         savedpc := gp.syscallpc
228         exitsyscall() // coming out of cgo call
229         gp.m.incgo = false
230
231         osPreemptExtExit(gp.m)
232
233         cgocallbackg1(fn, frame, ctxt) // will call unlockOSThread
234
235         // At this point unlockOSThread has been called.
236         // The following code must not change to a different m.
237         // This is enforced by checking incgo in the schedule function.
238
239         gp.m.incgo = true
240
241         if gp.m != checkm {
242                 throw("m changed unexpectedly in cgocallbackg")
243         }
244
245         osPreemptExtEnter(gp.m)
246
247         // going back to cgo call
248         reentersyscall(savedpc, uintptr(savedsp))
249
250         gp.m.syscall = syscall
251 }
252
253 func cgocallbackg1(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
254         gp := getg()
255
256         // When we return, undo the call to lockOSThread in cgocallbackg.
257         // We must still stay on the same m.
258         defer unlockOSThread()
259
260         if gp.m.needextram || atomic.Load(&extraMWaiters) > 0 {
261                 gp.m.needextram = false
262                 systemstack(newextram)
263         }
264
265         if ctxt != 0 {
266                 s := append(gp.cgoCtxt, ctxt)
267
268                 // Now we need to set gp.cgoCtxt = s, but we could get
269                 // a SIGPROF signal while manipulating the slice, and
270                 // the SIGPROF handler could pick up gp.cgoCtxt while
271                 // tracing up the stack.  We need to ensure that the
272                 // handler always sees a valid slice, so set the
273                 // values in an order such that it always does.
274                 p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
275                 atomicstorep(unsafe.Pointer(&p.array), unsafe.Pointer(&s[0]))
276                 p.cap = cap(s)
277                 p.len = len(s)
278
279                 defer func(gp *g) {
280                         // Decrease the length of the slice by one, safely.
281                         p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
282                         p.len--
283                 }(gp)
284         }
285
286         if gp.m.ncgo == 0 {
287                 // The C call to Go came from a thread not currently running
288                 // any Go. In the case of -buildmode=c-archive or c-shared,
289                 // this call may be coming in before package initialization
290                 // is complete. Wait until it is.
291                 <-main_init_done
292         }
293
294         // Add entry to defer stack in case of panic.
295         restore := true
296         defer unwindm(&restore)
297
298         if raceenabled {
299                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
300         }
301
302         // Invoke callback. This function is generated by cmd/cgo and
303         // will unpack the argument frame and call the Go function.
304         var cb func(frame unsafe.Pointer)
305         cbFV := funcval{uintptr(fn)}
306         *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&cb)) = noescape(unsafe.Pointer(&cbFV))
307         cb(frame)
308
309         if raceenabled {
310                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
311         }
312
313         // Do not unwind m->g0->sched.sp.
314         // Our caller, cgocallback, will do that.
315         restore = false
316 }
317
318 func unwindm(restore *bool) {
319         if *restore {
320                 // Restore sp saved by cgocallback during
321                 // unwind of g's stack (see comment at top of file).
322                 mp := acquirem()
323                 sched := &mp.g0.sched
324                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + alignUp(sys.MinFrameSize, sys.StackAlign)))
325
326                 // Do the accounting that cgocall will not have a chance to do
327                 // during an unwind.
328                 //
329                 // In the case where a Go call originates from C, ncgo is 0
330                 // and there is no matching cgocall to end.
331                 if mp.ncgo > 0 {
332                         mp.incgo = false
333                         mp.ncgo--
334                         osPreemptExtExit(mp)
335                 }
336
337                 releasem(mp)
338         }
339 }
340
341 // called from assembly
342 func badcgocallback() {
343         throw("misaligned stack in cgocallback")
344 }
345
346 // called from (incomplete) assembly
347 func cgounimpl() {
348         throw("cgo not implemented")
349 }
350
351 var racecgosync uint64 // represents possible synchronization in C code
352
353 // Pointer checking for cgo code.
354
355 // We want to detect all cases where a program that does not use
356 // unsafe makes a cgo call passing a Go pointer to memory that
357 // contains a Go pointer. Here a Go pointer is defined as a pointer
358 // to memory allocated by the Go runtime. Programs that use unsafe
359 // can evade this restriction easily, so we don't try to catch them.
360 // The cgo program will rewrite all possibly bad pointer arguments to
361 // call cgoCheckPointer, where we can catch cases of a Go pointer
362 // pointing to a Go pointer.
363
364 // Complicating matters, taking the address of a slice or array
365 // element permits the C program to access all elements of the slice
366 // or array. In that case we will see a pointer to a single element,
367 // but we need to check the entire data structure.
368
369 // The cgoCheckPointer call takes additional arguments indicating that
370 // it was called on an address expression. An additional argument of
371 // true means that it only needs to check a single element. An
372 // additional argument of a slice or array means that it needs to
373 // check the entire slice/array, but nothing else. Otherwise, the
374 // pointer could be anything, and we check the entire heap object,
375 // which is conservative but safe.
376
377 // When and if we implement a moving garbage collector,
378 // cgoCheckPointer will pin the pointer for the duration of the cgo
379 // call.  (This is necessary but not sufficient; the cgo program will
380 // also have to change to pin Go pointers that cannot point to Go
381 // pointers.)
382
383 // cgoCheckPointer checks if the argument contains a Go pointer that
384 // points to a Go pointer, and panics if it does.
385 func cgoCheckPointer(ptr interface{}, arg interface{}) {
386         if debug.cgocheck == 0 {
387                 return
388         }
389
390         ep := efaceOf(&ptr)
391         t := ep._type
392
393         top := true
394         if arg != nil && (t.kind&kindMask == kindPtr || t.kind&kindMask == kindUnsafePointer) {
395                 p := ep.data
396                 if t.kind&kindDirectIface == 0 {
397                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
398                 }
399                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
400                         return
401                 }
402                 aep := efaceOf(&arg)
403                 switch aep._type.kind & kindMask {
404                 case kindBool:
405                         if t.kind&kindMask == kindUnsafePointer {
406                                 // We don't know the type of the element.
407                                 break
408                         }
409                         pt := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(t))
410                         cgoCheckArg(pt.elem, p, true, false, cgoCheckPointerFail)
411                         return
412                 case kindSlice:
413                         // Check the slice rather than the pointer.
414                         ep = aep
415                         t = ep._type
416                 case kindArray:
417                         // Check the array rather than the pointer.
418                         // Pass top as false since we have a pointer
419                         // to the array.
420                         ep = aep
421                         t = ep._type
422                         top = false
423                 default:
424                         throw("can't happen")
425                 }
426         }
427
428         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, top, cgoCheckPointerFail)
429 }
430
431 const cgoCheckPointerFail = "cgo argument has Go pointer to Go pointer"
432 const cgoResultFail = "cgo result has Go pointer"
433
434 // cgoCheckArg is the real work of cgoCheckPointer. The argument p
435 // is either a pointer to the value (of type t), or the value itself,
436 // depending on indir. The top parameter is whether we are at the top
437 // level, where Go pointers are allowed.
438 func cgoCheckArg(t *_type, p unsafe.Pointer, indir, top bool, msg string) {
439         if t.ptrdata == 0 || p == nil {
440                 // If the type has no pointers there is nothing to do.
441                 return
442         }
443
444         switch t.kind & kindMask {
445         default:
446                 throw("can't happen")
447         case kindArray:
448                 at := (*arraytype)(unsafe.Pointer(t))
449                 if !indir {
450                         if at.len != 1 {
451                                 throw("can't happen")
452                         }
453                         cgoCheckArg(at.elem, p, at.elem.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
454                         return
455                 }
456                 for i := uintptr(0); i < at.len; i++ {
457                         cgoCheckArg(at.elem, p, true, top, msg)
458                         p = add(p, at.elem.size)
459                 }
460         case kindChan, kindMap:
461                 // These types contain internal pointers that will
462                 // always be allocated in the Go heap. It's never OK
463                 // to pass them to C.
464                 panic(errorString(msg))
465         case kindFunc:
466                 if indir {
467                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
468                 }
469                 if !cgoIsGoPointer(p) {
470                         return
471                 }
472                 panic(errorString(msg))
473         case kindInterface:
474                 it := *(**_type)(p)
475                 if it == nil {
476                         return
477                 }
478                 // A type known at compile time is OK since it's
479                 // constant. A type not known at compile time will be
480                 // in the heap and will not be OK.
481                 if inheap(uintptr(unsafe.Pointer(it))) {
482                         panic(errorString(msg))
483                 }
484                 p = *(*unsafe.Pointer)(add(p, goarch.PtrSize))
485                 if !cgoIsGoPointer(p) {
486                         return
487                 }
488                 if !top {
489                         panic(errorString(msg))
490                 }
491                 cgoCheckArg(it, p, it.kind&kindDirectIface == 0, false, msg)
492         case kindSlice:
493                 st := (*slicetype)(unsafe.Pointer(t))
494                 s := (*slice)(p)
495                 p = s.array
496                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
497                         return
498                 }
499                 if !top {
500                         panic(errorString(msg))
501                 }
502                 if st.elem.ptrdata == 0 {
503                         return
504                 }
505                 for i := 0; i < s.cap; i++ {
506                         cgoCheckArg(st.elem, p, true, false, msg)
507                         p = add(p, st.elem.size)
508                 }
509         case kindString:
510                 ss := (*stringStruct)(p)
511                 if !cgoIsGoPointer(ss.str) {
512                         return
513                 }
514                 if !top {
515                         panic(errorString(msg))
516                 }
517         case kindStruct:
518                 st := (*structtype)(unsafe.Pointer(t))
519                 if !indir {
520                         if len(st.fields) != 1 {
521                                 throw("can't happen")
522                         }
523                         cgoCheckArg(st.fields[0].typ, p, st.fields[0].typ.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
524                         return
525                 }
526                 for _, f := range st.fields {
527                         if f.typ.ptrdata == 0 {
528                                 continue
529                         }
530                         cgoCheckArg(f.typ, add(p, f.offset()), true, top, msg)
531                 }
532         case kindPtr, kindUnsafePointer:
533                 if indir {
534                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
535                         if p == nil {
536                                 return
537                         }
538                 }
539
540                 if !cgoIsGoPointer(p) {
541                         return
542                 }
543                 if !top {
544                         panic(errorString(msg))
545                 }
546
547                 cgoCheckUnknownPointer(p, msg)
548         }
549 }
550
551 // cgoCheckUnknownPointer is called for an arbitrary pointer into Go
552 // memory. It checks whether that Go memory contains any other
553 // pointer into Go memory. If it does, we panic.
554 // The return values are unused but useful to see in panic tracebacks.
555 func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
556         if inheap(uintptr(p)) {
557                 b, span, _ := findObject(uintptr(p), 0, 0)
558                 base = b
559                 if base == 0 {
560                         return
561                 }
562                 hbits := heapBitsForAddr(base)
563                 n := span.elemsize
564                 for i = uintptr(0); i < n; i += goarch.PtrSize {
565                         if !hbits.morePointers() {
566                                 // No more possible pointers.
567                                 break
568                         }
569                         if hbits.isPointer() && cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(base + i))) {
570                                 panic(errorString(msg))
571                         }
572                         hbits = hbits.next()
573                 }
574
575                 return
576         }
577
578         for _, datap := range activeModules() {
579                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
580                         // We have no way to know the size of the object.
581                         // We have to assume that it might contain a pointer.
582                         panic(errorString(msg))
583                 }
584                 // In the text or noptr sections, we know that the
585                 // pointer does not point to a Go pointer.
586         }
587
588         return
589 }
590
591 // cgoIsGoPointer reports whether the pointer is a Go pointer--a
592 // pointer to Go memory. We only care about Go memory that might
593 // contain pointers.
594 //go:nosplit
595 //go:nowritebarrierrec
596 func cgoIsGoPointer(p unsafe.Pointer) bool {
597         if p == nil {
598                 return false
599         }
600
601         if inHeapOrStack(uintptr(p)) {
602                 return true
603         }
604
605         for _, datap := range activeModules() {
606                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
607                         return true
608                 }
609         }
610
611         return false
612 }
613
614 // cgoInRange reports whether p is between start and end.
615 //go:nosplit
616 //go:nowritebarrierrec
617 func cgoInRange(p unsafe.Pointer, start, end uintptr) bool {
618         return start <= uintptr(p) && uintptr(p) < end
619 }
620
621 // cgoCheckResult is called to check the result parameter of an
622 // exported Go function. It panics if the result is or contains a Go
623 // pointer.
624 func cgoCheckResult(val interface{}) {
625         if debug.cgocheck == 0 {
626                 return
627         }
628
629         ep := efaceOf(&val)
630         t := ep._type
631         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, false, cgoResultFail)
632 }