]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cgocall.go
cmd/cgo: add #cgo noescape/nocallback annotations
[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 preferable 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         if gp.m.isextra {
240                 gp.m.isExtraInC = false
241         }
242
243         osPreemptExtExit(gp.m)
244
245         if gp.nocgocallback {
246                 panic("runtime: function marked with #cgo nocallback called back into Go")
247         }
248
249         cgocallbackg1(fn, frame, ctxt) // will call unlockOSThread
250
251         // At this point unlockOSThread has been called.
252         // The following code must not change to a different m.
253         // This is enforced by checking incgo in the schedule function.
254
255         gp.m.incgo = true
256         if gp.m.isextra {
257                 gp.m.isExtraInC = true
258         }
259
260         if gp.m != checkm {
261                 throw("m changed unexpectedly in cgocallbackg")
262         }
263
264         osPreemptExtEnter(gp.m)
265
266         // going back to cgo call
267         reentersyscall(savedpc, uintptr(savedsp))
268
269         gp.m.syscall = syscall
270 }
271
272 func cgocallbackg1(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
273         gp := getg()
274
275         // When we return, undo the call to lockOSThread in cgocallbackg.
276         // We must still stay on the same m.
277         defer unlockOSThread()
278
279         if gp.m.needextram || extraMWaiters.Load() > 0 {
280                 gp.m.needextram = false
281                 systemstack(newextram)
282         }
283
284         if ctxt != 0 {
285                 s := append(gp.cgoCtxt, ctxt)
286
287                 // Now we need to set gp.cgoCtxt = s, but we could get
288                 // a SIGPROF signal while manipulating the slice, and
289                 // the SIGPROF handler could pick up gp.cgoCtxt while
290                 // tracing up the stack.  We need to ensure that the
291                 // handler always sees a valid slice, so set the
292                 // values in an order such that it always does.
293                 p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
294                 atomicstorep(unsafe.Pointer(&p.array), unsafe.Pointer(&s[0]))
295                 p.cap = cap(s)
296                 p.len = len(s)
297
298                 defer func(gp *g) {
299                         // Decrease the length of the slice by one, safely.
300                         p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
301                         p.len--
302                 }(gp)
303         }
304
305         if gp.m.ncgo == 0 {
306                 // The C call to Go came from a thread not currently running
307                 // any Go. In the case of -buildmode=c-archive or c-shared,
308                 // this call may be coming in before package initialization
309                 // is complete. Wait until it is.
310                 <-main_init_done
311         }
312
313         // Check whether the profiler needs to be turned on or off; this route to
314         // run Go code does not use runtime.execute, so bypasses the check there.
315         hz := sched.profilehz
316         if gp.m.profilehz != hz {
317                 setThreadCPUProfiler(hz)
318         }
319
320         // Add entry to defer stack in case of panic.
321         restore := true
322         defer unwindm(&restore)
323
324         if raceenabled {
325                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
326         }
327
328         // Invoke callback. This function is generated by cmd/cgo and
329         // will unpack the argument frame and call the Go function.
330         var cb func(frame unsafe.Pointer)
331         cbFV := funcval{uintptr(fn)}
332         *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&cb)) = noescape(unsafe.Pointer(&cbFV))
333         cb(frame)
334
335         if raceenabled {
336                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
337         }
338
339         // Do not unwind m->g0->sched.sp.
340         // Our caller, cgocallback, will do that.
341         restore = false
342 }
343
344 func unwindm(restore *bool) {
345         if *restore {
346                 // Restore sp saved by cgocallback during
347                 // unwind of g's stack (see comment at top of file).
348                 mp := acquirem()
349                 sched := &mp.g0.sched
350                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + alignUp(sys.MinFrameSize, sys.StackAlign)))
351
352                 // Do the accounting that cgocall will not have a chance to do
353                 // during an unwind.
354                 //
355                 // In the case where a Go call originates from C, ncgo is 0
356                 // and there is no matching cgocall to end.
357                 if mp.ncgo > 0 {
358                         mp.incgo = false
359                         mp.ncgo--
360                         osPreemptExtExit(mp)
361                 }
362
363                 releasem(mp)
364         }
365 }
366
367 // called from assembly.
368 func badcgocallback() {
369         throw("misaligned stack in cgocallback")
370 }
371
372 // called from (incomplete) assembly.
373 func cgounimpl() {
374         throw("cgo not implemented")
375 }
376
377 var racecgosync uint64 // represents possible synchronization in C code
378
379 // Pointer checking for cgo code.
380
381 // We want to detect all cases where a program that does not use
382 // unsafe makes a cgo call passing a Go pointer to memory that
383 // contains an unpinned Go pointer. Here a Go pointer is defined as a
384 // pointer to memory allocated by the Go runtime. Programs that use
385 // unsafe can evade this restriction easily, so we don't try to catch
386 // them. The cgo program will rewrite all possibly bad pointer
387 // arguments to call cgoCheckPointer, where we can catch cases of a Go
388 // pointer pointing to an unpinned Go pointer.
389
390 // Complicating matters, taking the address of a slice or array
391 // element permits the C program to access all elements of the slice
392 // or array. In that case we will see a pointer to a single element,
393 // but we need to check the entire data structure.
394
395 // The cgoCheckPointer call takes additional arguments indicating that
396 // it was called on an address expression. An additional argument of
397 // true means that it only needs to check a single element. An
398 // additional argument of a slice or array means that it needs to
399 // check the entire slice/array, but nothing else. Otherwise, the
400 // pointer could be anything, and we check the entire heap object,
401 // which is conservative but safe.
402
403 // When and if we implement a moving garbage collector,
404 // cgoCheckPointer will pin the pointer for the duration of the cgo
405 // call.  (This is necessary but not sufficient; the cgo program will
406 // also have to change to pin Go pointers that cannot point to Go
407 // pointers.)
408
409 // cgoCheckPointer checks if the argument contains a Go pointer that
410 // points to an unpinned Go pointer, and panics if it does.
411 func cgoCheckPointer(ptr any, arg any) {
412         if !goexperiment.CgoCheck2 && debug.cgocheck == 0 {
413                 return
414         }
415
416         ep := efaceOf(&ptr)
417         t := ep._type
418
419         top := true
420         if arg != nil && (t.Kind_&kindMask == kindPtr || t.Kind_&kindMask == kindUnsafePointer) {
421                 p := ep.data
422                 if t.Kind_&kindDirectIface == 0 {
423                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
424                 }
425                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
426                         return
427                 }
428                 aep := efaceOf(&arg)
429                 switch aep._type.Kind_ & kindMask {
430                 case kindBool:
431                         if t.Kind_&kindMask == kindUnsafePointer {
432                                 // We don't know the type of the element.
433                                 break
434                         }
435                         pt := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(t))
436                         cgoCheckArg(pt.Elem, p, true, false, cgoCheckPointerFail)
437                         return
438                 case kindSlice:
439                         // Check the slice rather than the pointer.
440                         ep = aep
441                         t = ep._type
442                 case kindArray:
443                         // Check the array rather than the pointer.
444                         // Pass top as false since we have a pointer
445                         // to the array.
446                         ep = aep
447                         t = ep._type
448                         top = false
449                 default:
450                         throw("can't happen")
451                 }
452         }
453
454         cgoCheckArg(t, ep.data, t.Kind_&kindDirectIface == 0, top, cgoCheckPointerFail)
455 }
456
457 const cgoCheckPointerFail = "cgo argument has Go pointer to unpinned Go pointer"
458 const cgoResultFail = "cgo result has Go pointer"
459
460 // cgoCheckArg is the real work of cgoCheckPointer. The argument p
461 // is either a pointer to the value (of type t), or the value itself,
462 // depending on indir. The top parameter is whether we are at the top
463 // level, where Go pointers are allowed. Go pointers to pinned objects are
464 // always allowed.
465 func cgoCheckArg(t *_type, p unsafe.Pointer, indir, top bool, msg string) {
466         if t.PtrBytes == 0 || p == nil {
467                 // If the type has no pointers there is nothing to do.
468                 return
469         }
470
471         switch t.Kind_ & kindMask {
472         default:
473                 throw("can't happen")
474         case kindArray:
475                 at := (*arraytype)(unsafe.Pointer(t))
476                 if !indir {
477                         if at.Len != 1 {
478                                 throw("can't happen")
479                         }
480                         cgoCheckArg(at.Elem, p, at.Elem.Kind_&kindDirectIface == 0, top, msg)
481                         return
482                 }
483                 for i := uintptr(0); i < at.Len; i++ {
484                         cgoCheckArg(at.Elem, p, true, top, msg)
485                         p = add(p, at.Elem.Size_)
486                 }
487         case kindChan, kindMap:
488                 // These types contain internal pointers that will
489                 // always be allocated in the Go heap. It's never OK
490                 // to pass them to C.
491                 panic(errorString(msg))
492         case kindFunc:
493                 if indir {
494                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
495                 }
496                 if !cgoIsGoPointer(p) {
497                         return
498                 }
499                 panic(errorString(msg))
500         case kindInterface:
501                 it := *(**_type)(p)
502                 if it == nil {
503                         return
504                 }
505                 // A type known at compile time is OK since it's
506                 // constant. A type not known at compile time will be
507                 // in the heap and will not be OK.
508                 if inheap(uintptr(unsafe.Pointer(it))) {
509                         panic(errorString(msg))
510                 }
511                 p = *(*unsafe.Pointer)(add(p, goarch.PtrSize))
512                 if !cgoIsGoPointer(p) {
513                         return
514                 }
515                 if !top && !isPinned(p) {
516                         panic(errorString(msg))
517                 }
518                 cgoCheckArg(it, p, it.Kind_&kindDirectIface == 0, false, msg)
519         case kindSlice:
520                 st := (*slicetype)(unsafe.Pointer(t))
521                 s := (*slice)(p)
522                 p = s.array
523                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
524                         return
525                 }
526                 if !top && !isPinned(p) {
527                         panic(errorString(msg))
528                 }
529                 if st.Elem.PtrBytes == 0 {
530                         return
531                 }
532                 for i := 0; i < s.cap; i++ {
533                         cgoCheckArg(st.Elem, p, true, false, msg)
534                         p = add(p, st.Elem.Size_)
535                 }
536         case kindString:
537                 ss := (*stringStruct)(p)
538                 if !cgoIsGoPointer(ss.str) {
539                         return
540                 }
541                 if !top && !isPinned(ss.str) {
542                         panic(errorString(msg))
543                 }
544         case kindStruct:
545                 st := (*structtype)(unsafe.Pointer(t))
546                 if !indir {
547                         if len(st.Fields) != 1 {
548                                 throw("can't happen")
549                         }
550                         cgoCheckArg(st.Fields[0].Typ, p, st.Fields[0].Typ.Kind_&kindDirectIface == 0, top, msg)
551                         return
552                 }
553                 for _, f := range st.Fields {
554                         if f.Typ.PtrBytes == 0 {
555                                 continue
556                         }
557                         cgoCheckArg(f.Typ, add(p, f.Offset), true, top, msg)
558                 }
559         case kindPtr, kindUnsafePointer:
560                 if indir {
561                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
562                         if p == nil {
563                                 return
564                         }
565                 }
566
567                 if !cgoIsGoPointer(p) {
568                         return
569                 }
570                 if !top && !isPinned(p) {
571                         panic(errorString(msg))
572                 }
573
574                 cgoCheckUnknownPointer(p, msg)
575         }
576 }
577
578 // cgoCheckUnknownPointer is called for an arbitrary pointer into Go
579 // memory. It checks whether that Go memory contains any other
580 // pointer into unpinned Go memory. If it does, we panic.
581 // The return values are unused but useful to see in panic tracebacks.
582 func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
583         if inheap(uintptr(p)) {
584                 b, span, _ := findObject(uintptr(p), 0, 0)
585                 base = b
586                 if base == 0 {
587                         return
588                 }
589                 n := span.elemsize
590                 hbits := heapBitsForAddr(base, n)
591                 for {
592                         var addr uintptr
593                         if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
594                                 break
595                         }
596                         pp := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))
597                         if cgoIsGoPointer(pp) && !isPinned(pp) {
598                                 panic(errorString(msg))
599                         }
600                 }
601
602                 return
603         }
604
605         for _, datap := range activeModules() {
606                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
607                         // We have no way to know the size of the object.
608                         // We have to assume that it might contain a pointer.
609                         panic(errorString(msg))
610                 }
611                 // In the text or noptr sections, we know that the
612                 // pointer does not point to a Go pointer.
613         }
614
615         return
616 }
617
618 // cgoIsGoPointer reports whether the pointer is a Go pointer--a
619 // pointer to Go memory. We only care about Go memory that might
620 // contain pointers.
621 //
622 //go:nosplit
623 //go:nowritebarrierrec
624 func cgoIsGoPointer(p unsafe.Pointer) bool {
625         if p == nil {
626                 return false
627         }
628
629         if inHeapOrStack(uintptr(p)) {
630                 return true
631         }
632
633         for _, datap := range activeModules() {
634                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
635                         return true
636                 }
637         }
638
639         return false
640 }
641
642 // cgoInRange reports whether p is between start and end.
643 //
644 //go:nosplit
645 //go:nowritebarrierrec
646 func cgoInRange(p unsafe.Pointer, start, end uintptr) bool {
647         return start <= uintptr(p) && uintptr(p) < end
648 }
649
650 // cgoCheckResult is called to check the result parameter of an
651 // exported Go function. It panics if the result is or contains a Go
652 // pointer.
653 func cgoCheckResult(val any) {
654         if !goexperiment.CgoCheck2 && debug.cgocheck == 0 {
655                 return
656         }
657
658         ep := efaceOf(&val)
659         t := ep._type
660         cgoCheckArg(t, ep.data, t.Kind_&kindDirectIface == 0, false, cgoResultFail)
661 }