]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cgocall.go
[dev.unified] all: merge master (635b124) into dev.unified
[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 //
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         mp.ncgo++
140
141         // Reset traceback.
142         mp.cgoCallers[0] = 0
143
144         // Announce we are entering a system call
145         // so that the scheduler knows to create another
146         // M to run goroutines while we are in the
147         // foreign code.
148         //
149         // The call to asmcgocall is guaranteed not to
150         // grow the stack and does not allocate memory,
151         // so it is safe to call while "in a system call", outside
152         // the $GOMAXPROCS accounting.
153         //
154         // fn may call back into Go code, in which case we'll exit the
155         // "system call", run the Go code (which may grow the stack),
156         // and then re-enter the "system call" reusing the PC and SP
157         // saved by entersyscall here.
158         entersyscall()
159
160         // Tell asynchronous preemption that we're entering external
161         // code. We do this after entersyscall because this may block
162         // and cause an async preemption to fail, but at this point a
163         // sync preemption will succeed (though this is not a matter
164         // of correctness).
165         osPreemptExtEnter(mp)
166
167         mp.incgo = true
168         errno := asmcgocall(fn, arg)
169
170         // Update accounting before exitsyscall because exitsyscall may
171         // reschedule us on to a different M.
172         mp.incgo = false
173         mp.ncgo--
174
175         osPreemptExtExit(mp)
176
177         exitsyscall()
178
179         // Note that raceacquire must be called only after exitsyscall has
180         // wired this M to a P.
181         if raceenabled {
182                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
183         }
184
185         // From the garbage collector's perspective, time can move
186         // backwards in the sequence above. If there's a callback into
187         // Go code, GC will see this function at the call to
188         // asmcgocall. When the Go call later returns to C, the
189         // syscall PC/SP is rolled back and the GC sees this function
190         // back at the call to entersyscall. Normally, fn and arg
191         // would be live at entersyscall and dead at asmcgocall, so if
192         // time moved backwards, GC would see these arguments as dead
193         // and then live. Prevent these undead arguments from crashing
194         // GC by forcing them to stay live across this time warp.
195         KeepAlive(fn)
196         KeepAlive(arg)
197         KeepAlive(mp)
198
199         return errno
200 }
201
202 // Call from C back to Go. fn must point to an ABIInternal Go entry-point.
203 //
204 //go:nosplit
205 func cgocallbackg(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
206         gp := getg()
207         if gp != gp.m.curg {
208                 println("runtime: bad g in cgocallback")
209                 exit(2)
210         }
211
212         // The call from C is on gp.m's g0 stack, so we must ensure
213         // that we stay on that M. We have to do this before calling
214         // exitsyscall, since it would otherwise be free to move us to
215         // a different M. The call to unlockOSThread is in unwindm.
216         lockOSThread()
217
218         checkm := gp.m
219
220         // Save current syscall parameters, so m.syscall can be
221         // used again if callback decide to make syscall.
222         syscall := gp.m.syscall
223
224         // entersyscall saves the caller's SP to allow the GC to trace the Go
225         // stack. However, since we're returning to an earlier stack frame and
226         // need to pair with the entersyscall() call made by cgocall, we must
227         // save syscall* and let reentersyscall restore them.
228         savedsp := unsafe.Pointer(gp.syscallsp)
229         savedpc := gp.syscallpc
230         exitsyscall() // coming out of cgo call
231         gp.m.incgo = false
232
233         osPreemptExtExit(gp.m)
234
235         cgocallbackg1(fn, frame, ctxt) // will call unlockOSThread
236
237         // At this point unlockOSThread has been called.
238         // The following code must not change to a different m.
239         // This is enforced by checking incgo in the schedule function.
240
241         gp.m.incgo = true
242
243         if gp.m != checkm {
244                 throw("m changed unexpectedly in cgocallbackg")
245         }
246
247         osPreemptExtEnter(gp.m)
248
249         // going back to cgo call
250         reentersyscall(savedpc, uintptr(savedsp))
251
252         gp.m.syscall = syscall
253 }
254
255 func cgocallbackg1(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
256         gp := getg()
257
258         // When we return, undo the call to lockOSThread in cgocallbackg.
259         // We must still stay on the same m.
260         defer unlockOSThread()
261
262         if gp.m.needextram || atomic.Load(&extraMWaiters) > 0 {
263                 gp.m.needextram = false
264                 systemstack(newextram)
265         }
266
267         if ctxt != 0 {
268                 s := append(gp.cgoCtxt, ctxt)
269
270                 // Now we need to set gp.cgoCtxt = s, but we could get
271                 // a SIGPROF signal while manipulating the slice, and
272                 // the SIGPROF handler could pick up gp.cgoCtxt while
273                 // tracing up the stack.  We need to ensure that the
274                 // handler always sees a valid slice, so set the
275                 // values in an order such that it always does.
276                 p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
277                 atomicstorep(unsafe.Pointer(&p.array), unsafe.Pointer(&s[0]))
278                 p.cap = cap(s)
279                 p.len = len(s)
280
281                 defer func(gp *g) {
282                         // Decrease the length of the slice by one, safely.
283                         p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
284                         p.len--
285                 }(gp)
286         }
287
288         if gp.m.ncgo == 0 {
289                 // The C call to Go came from a thread not currently running
290                 // any Go. In the case of -buildmode=c-archive or c-shared,
291                 // this call may be coming in before package initialization
292                 // is complete. Wait until it is.
293                 <-main_init_done
294         }
295
296         // Check whether the profiler needs to be turned on or off; this route to
297         // run Go code does not use runtime.execute, so bypasses the check there.
298         hz := sched.profilehz
299         if gp.m.profilehz != hz {
300                 setThreadCPUProfiler(hz)
301         }
302
303         // Add entry to defer stack in case of panic.
304         restore := true
305         defer unwindm(&restore)
306
307         if raceenabled {
308                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
309         }
310
311         // Invoke callback. This function is generated by cmd/cgo and
312         // will unpack the argument frame and call the Go function.
313         var cb func(frame unsafe.Pointer)
314         cbFV := funcval{uintptr(fn)}
315         *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&cb)) = noescape(unsafe.Pointer(&cbFV))
316         cb(frame)
317
318         if raceenabled {
319                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
320         }
321
322         // Do not unwind m->g0->sched.sp.
323         // Our caller, cgocallback, will do that.
324         restore = false
325 }
326
327 func unwindm(restore *bool) {
328         if *restore {
329                 // Restore sp saved by cgocallback during
330                 // unwind of g's stack (see comment at top of file).
331                 mp := acquirem()
332                 sched := &mp.g0.sched
333                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + alignUp(sys.MinFrameSize, sys.StackAlign)))
334
335                 // Do the accounting that cgocall will not have a chance to do
336                 // during an unwind.
337                 //
338                 // In the case where a Go call originates from C, ncgo is 0
339                 // and there is no matching cgocall to end.
340                 if mp.ncgo > 0 {
341                         mp.incgo = false
342                         mp.ncgo--
343                         osPreemptExtExit(mp)
344                 }
345
346                 releasem(mp)
347         }
348 }
349
350 // called from assembly
351 func badcgocallback() {
352         throw("misaligned stack in cgocallback")
353 }
354
355 // called from (incomplete) assembly
356 func cgounimpl() {
357         throw("cgo not implemented")
358 }
359
360 var racecgosync uint64 // represents possible synchronization in C code
361
362 // Pointer checking for cgo code.
363
364 // We want to detect all cases where a program that does not use
365 // unsafe makes a cgo call passing a Go pointer to memory that
366 // contains a Go pointer. Here a Go pointer is defined as a pointer
367 // to memory allocated by the Go runtime. Programs that use unsafe
368 // can evade this restriction easily, so we don't try to catch them.
369 // The cgo program will rewrite all possibly bad pointer arguments to
370 // call cgoCheckPointer, where we can catch cases of a Go pointer
371 // pointing to a Go pointer.
372
373 // Complicating matters, taking the address of a slice or array
374 // element permits the C program to access all elements of the slice
375 // or array. In that case we will see a pointer to a single element,
376 // but we need to check the entire data structure.
377
378 // The cgoCheckPointer call takes additional arguments indicating that
379 // it was called on an address expression. An additional argument of
380 // true means that it only needs to check a single element. An
381 // additional argument of a slice or array means that it needs to
382 // check the entire slice/array, but nothing else. Otherwise, the
383 // pointer could be anything, and we check the entire heap object,
384 // which is conservative but safe.
385
386 // When and if we implement a moving garbage collector,
387 // cgoCheckPointer will pin the pointer for the duration of the cgo
388 // call.  (This is necessary but not sufficient; the cgo program will
389 // also have to change to pin Go pointers that cannot point to Go
390 // pointers.)
391
392 // cgoCheckPointer checks if the argument contains a Go pointer that
393 // points to a Go pointer, and panics if it does.
394 func cgoCheckPointer(ptr any, arg any) {
395         if debug.cgocheck == 0 {
396                 return
397         }
398
399         ep := efaceOf(&ptr)
400         t := ep._type
401
402         top := true
403         if arg != nil && (t.kind&kindMask == kindPtr || t.kind&kindMask == kindUnsafePointer) {
404                 p := ep.data
405                 if t.kind&kindDirectIface == 0 {
406                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
407                 }
408                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
409                         return
410                 }
411                 aep := efaceOf(&arg)
412                 switch aep._type.kind & kindMask {
413                 case kindBool:
414                         if t.kind&kindMask == kindUnsafePointer {
415                                 // We don't know the type of the element.
416                                 break
417                         }
418                         pt := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(t))
419                         cgoCheckArg(pt.elem, p, true, false, cgoCheckPointerFail)
420                         return
421                 case kindSlice:
422                         // Check the slice rather than the pointer.
423                         ep = aep
424                         t = ep._type
425                 case kindArray:
426                         // Check the array rather than the pointer.
427                         // Pass top as false since we have a pointer
428                         // to the array.
429                         ep = aep
430                         t = ep._type
431                         top = false
432                 default:
433                         throw("can't happen")
434                 }
435         }
436
437         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, top, cgoCheckPointerFail)
438 }
439
440 const cgoCheckPointerFail = "cgo argument has Go pointer to Go pointer"
441 const cgoResultFail = "cgo result has Go pointer"
442
443 // cgoCheckArg is the real work of cgoCheckPointer. The argument p
444 // is either a pointer to the value (of type t), or the value itself,
445 // depending on indir. The top parameter is whether we are at the top
446 // level, where Go pointers are allowed.
447 func cgoCheckArg(t *_type, p unsafe.Pointer, indir, top bool, msg string) {
448         if t.ptrdata == 0 || p == nil {
449                 // If the type has no pointers there is nothing to do.
450                 return
451         }
452
453         switch t.kind & kindMask {
454         default:
455                 throw("can't happen")
456         case kindArray:
457                 at := (*arraytype)(unsafe.Pointer(t))
458                 if !indir {
459                         if at.len != 1 {
460                                 throw("can't happen")
461                         }
462                         cgoCheckArg(at.elem, p, at.elem.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
463                         return
464                 }
465                 for i := uintptr(0); i < at.len; i++ {
466                         cgoCheckArg(at.elem, p, true, top, msg)
467                         p = add(p, at.elem.size)
468                 }
469         case kindChan, kindMap:
470                 // These types contain internal pointers that will
471                 // always be allocated in the Go heap. It's never OK
472                 // to pass them to C.
473                 panic(errorString(msg))
474         case kindFunc:
475                 if indir {
476                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
477                 }
478                 if !cgoIsGoPointer(p) {
479                         return
480                 }
481                 panic(errorString(msg))
482         case kindInterface:
483                 it := *(**_type)(p)
484                 if it == nil {
485                         return
486                 }
487                 // A type known at compile time is OK since it's
488                 // constant. A type not known at compile time will be
489                 // in the heap and will not be OK.
490                 if inheap(uintptr(unsafe.Pointer(it))) {
491                         panic(errorString(msg))
492                 }
493                 p = *(*unsafe.Pointer)(add(p, goarch.PtrSize))
494                 if !cgoIsGoPointer(p) {
495                         return
496                 }
497                 if !top {
498                         panic(errorString(msg))
499                 }
500                 cgoCheckArg(it, p, it.kind&kindDirectIface == 0, false, msg)
501         case kindSlice:
502                 st := (*slicetype)(unsafe.Pointer(t))
503                 s := (*slice)(p)
504                 p = s.array
505                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
506                         return
507                 }
508                 if !top {
509                         panic(errorString(msg))
510                 }
511                 if st.elem.ptrdata == 0 {
512                         return
513                 }
514                 for i := 0; i < s.cap; i++ {
515                         cgoCheckArg(st.elem, p, true, false, msg)
516                         p = add(p, st.elem.size)
517                 }
518         case kindString:
519                 ss := (*stringStruct)(p)
520                 if !cgoIsGoPointer(ss.str) {
521                         return
522                 }
523                 if !top {
524                         panic(errorString(msg))
525                 }
526         case kindStruct:
527                 st := (*structtype)(unsafe.Pointer(t))
528                 if !indir {
529                         if len(st.fields) != 1 {
530                                 throw("can't happen")
531                         }
532                         cgoCheckArg(st.fields[0].typ, p, st.fields[0].typ.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
533                         return
534                 }
535                 for _, f := range st.fields {
536                         if f.typ.ptrdata == 0 {
537                                 continue
538                         }
539                         cgoCheckArg(f.typ, add(p, f.offset), true, top, msg)
540                 }
541         case kindPtr, kindUnsafePointer:
542                 if indir {
543                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
544                         if p == nil {
545                                 return
546                         }
547                 }
548
549                 if !cgoIsGoPointer(p) {
550                         return
551                 }
552                 if !top {
553                         panic(errorString(msg))
554                 }
555
556                 cgoCheckUnknownPointer(p, msg)
557         }
558 }
559
560 // cgoCheckUnknownPointer is called for an arbitrary pointer into Go
561 // memory. It checks whether that Go memory contains any other
562 // pointer into Go memory. If it does, we panic.
563 // The return values are unused but useful to see in panic tracebacks.
564 func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
565         if inheap(uintptr(p)) {
566                 b, span, _ := findObject(uintptr(p), 0, 0)
567                 base = b
568                 if base == 0 {
569                         return
570                 }
571                 hbits := heapBitsForAddr(base)
572                 n := span.elemsize
573                 for i = uintptr(0); i < n; i += goarch.PtrSize {
574                         if !hbits.morePointers() {
575                                 // No more possible pointers.
576                                 break
577                         }
578                         if hbits.isPointer() && cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(base + i))) {
579                                 panic(errorString(msg))
580                         }
581                         hbits = hbits.next()
582                 }
583
584                 return
585         }
586
587         for _, datap := range activeModules() {
588                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
589                         // We have no way to know the size of the object.
590                         // We have to assume that it might contain a pointer.
591                         panic(errorString(msg))
592                 }
593                 // In the text or noptr sections, we know that the
594                 // pointer does not point to a Go pointer.
595         }
596
597         return
598 }
599
600 // cgoIsGoPointer reports whether the pointer is a Go pointer--a
601 // pointer to Go memory. We only care about Go memory that might
602 // contain pointers.
603 //
604 //go:nosplit
605 //go:nowritebarrierrec
606 func cgoIsGoPointer(p unsafe.Pointer) bool {
607         if p == nil {
608                 return false
609         }
610
611         if inHeapOrStack(uintptr(p)) {
612                 return true
613         }
614
615         for _, datap := range activeModules() {
616                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
617                         return true
618                 }
619         }
620
621         return false
622 }
623
624 // cgoInRange reports whether p is between start and end.
625 //
626 //go:nosplit
627 //go:nowritebarrierrec
628 func cgoInRange(p unsafe.Pointer, start, end uintptr) bool {
629         return start <= uintptr(p) && uintptr(p) < end
630 }
631
632 // cgoCheckResult is called to check the result parameter of an
633 // exported Go function. It panics if the result is or contains a Go
634 // pointer.
635 func cgoCheckResult(val any) {
636         if debug.cgocheck == 0 {
637                 return
638         }
639
640         ep := efaceOf(&val)
641         t := ep._type
642         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, false, cgoResultFail)
643 }