]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cgocall.go
runtime: profile with per-thread timers on Linux
[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         // Check whether the profiler needs to be turned on or off; this route to
295         // run Go code does not use runtime.execute, so bypasses the check there.
296         hz := sched.profilehz
297         if gp.m.profilehz != hz {
298                 setThreadCPUProfiler(hz)
299         }
300
301         // Add entry to defer stack in case of panic.
302         restore := true
303         defer unwindm(&restore)
304
305         if raceenabled {
306                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
307         }
308
309         // Invoke callback. This function is generated by cmd/cgo and
310         // will unpack the argument frame and call the Go function.
311         var cb func(frame unsafe.Pointer)
312         cbFV := funcval{uintptr(fn)}
313         *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&cb)) = noescape(unsafe.Pointer(&cbFV))
314         cb(frame)
315
316         if raceenabled {
317                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
318         }
319
320         // Do not unwind m->g0->sched.sp.
321         // Our caller, cgocallback, will do that.
322         restore = false
323 }
324
325 func unwindm(restore *bool) {
326         if *restore {
327                 // Restore sp saved by cgocallback during
328                 // unwind of g's stack (see comment at top of file).
329                 mp := acquirem()
330                 sched := &mp.g0.sched
331                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + alignUp(sys.MinFrameSize, sys.StackAlign)))
332
333                 // Do the accounting that cgocall will not have a chance to do
334                 // during an unwind.
335                 //
336                 // In the case where a Go call originates from C, ncgo is 0
337                 // and there is no matching cgocall to end.
338                 if mp.ncgo > 0 {
339                         mp.incgo = false
340                         mp.ncgo--
341                         osPreemptExtExit(mp)
342                 }
343
344                 releasem(mp)
345         }
346 }
347
348 // called from assembly
349 func badcgocallback() {
350         throw("misaligned stack in cgocallback")
351 }
352
353 // called from (incomplete) assembly
354 func cgounimpl() {
355         throw("cgo not implemented")
356 }
357
358 var racecgosync uint64 // represents possible synchronization in C code
359
360 // Pointer checking for cgo code.
361
362 // We want to detect all cases where a program that does not use
363 // unsafe makes a cgo call passing a Go pointer to memory that
364 // contains a Go pointer. Here a Go pointer is defined as a pointer
365 // to memory allocated by the Go runtime. Programs that use unsafe
366 // can evade this restriction easily, so we don't try to catch them.
367 // The cgo program will rewrite all possibly bad pointer arguments to
368 // call cgoCheckPointer, where we can catch cases of a Go pointer
369 // pointing to a Go pointer.
370
371 // Complicating matters, taking the address of a slice or array
372 // element permits the C program to access all elements of the slice
373 // or array. In that case we will see a pointer to a single element,
374 // but we need to check the entire data structure.
375
376 // The cgoCheckPointer call takes additional arguments indicating that
377 // it was called on an address expression. An additional argument of
378 // true means that it only needs to check a single element. An
379 // additional argument of a slice or array means that it needs to
380 // check the entire slice/array, but nothing else. Otherwise, the
381 // pointer could be anything, and we check the entire heap object,
382 // which is conservative but safe.
383
384 // When and if we implement a moving garbage collector,
385 // cgoCheckPointer will pin the pointer for the duration of the cgo
386 // call.  (This is necessary but not sufficient; the cgo program will
387 // also have to change to pin Go pointers that cannot point to Go
388 // pointers.)
389
390 // cgoCheckPointer checks if the argument contains a Go pointer that
391 // points to a Go pointer, and panics if it does.
392 func cgoCheckPointer(ptr interface{}, arg interface{}) {
393         if debug.cgocheck == 0 {
394                 return
395         }
396
397         ep := efaceOf(&ptr)
398         t := ep._type
399
400         top := true
401         if arg != nil && (t.kind&kindMask == kindPtr || t.kind&kindMask == kindUnsafePointer) {
402                 p := ep.data
403                 if t.kind&kindDirectIface == 0 {
404                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
405                 }
406                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
407                         return
408                 }
409                 aep := efaceOf(&arg)
410                 switch aep._type.kind & kindMask {
411                 case kindBool:
412                         if t.kind&kindMask == kindUnsafePointer {
413                                 // We don't know the type of the element.
414                                 break
415                         }
416                         pt := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(t))
417                         cgoCheckArg(pt.elem, p, true, false, cgoCheckPointerFail)
418                         return
419                 case kindSlice:
420                         // Check the slice rather than the pointer.
421                         ep = aep
422                         t = ep._type
423                 case kindArray:
424                         // Check the array rather than the pointer.
425                         // Pass top as false since we have a pointer
426                         // to the array.
427                         ep = aep
428                         t = ep._type
429                         top = false
430                 default:
431                         throw("can't happen")
432                 }
433         }
434
435         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, top, cgoCheckPointerFail)
436 }
437
438 const cgoCheckPointerFail = "cgo argument has Go pointer to Go pointer"
439 const cgoResultFail = "cgo result has Go pointer"
440
441 // cgoCheckArg is the real work of cgoCheckPointer. The argument p
442 // is either a pointer to the value (of type t), or the value itself,
443 // depending on indir. The top parameter is whether we are at the top
444 // level, where Go pointers are allowed.
445 func cgoCheckArg(t *_type, p unsafe.Pointer, indir, top bool, msg string) {
446         if t.ptrdata == 0 || p == nil {
447                 // If the type has no pointers there is nothing to do.
448                 return
449         }
450
451         switch t.kind & kindMask {
452         default:
453                 throw("can't happen")
454         case kindArray:
455                 at := (*arraytype)(unsafe.Pointer(t))
456                 if !indir {
457                         if at.len != 1 {
458                                 throw("can't happen")
459                         }
460                         cgoCheckArg(at.elem, p, at.elem.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
461                         return
462                 }
463                 for i := uintptr(0); i < at.len; i++ {
464                         cgoCheckArg(at.elem, p, true, top, msg)
465                         p = add(p, at.elem.size)
466                 }
467         case kindChan, kindMap:
468                 // These types contain internal pointers that will
469                 // always be allocated in the Go heap. It's never OK
470                 // to pass them to C.
471                 panic(errorString(msg))
472         case kindFunc:
473                 if indir {
474                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
475                 }
476                 if !cgoIsGoPointer(p) {
477                         return
478                 }
479                 panic(errorString(msg))
480         case kindInterface:
481                 it := *(**_type)(p)
482                 if it == nil {
483                         return
484                 }
485                 // A type known at compile time is OK since it's
486                 // constant. A type not known at compile time will be
487                 // in the heap and will not be OK.
488                 if inheap(uintptr(unsafe.Pointer(it))) {
489                         panic(errorString(msg))
490                 }
491                 p = *(*unsafe.Pointer)(add(p, goarch.PtrSize))
492                 if !cgoIsGoPointer(p) {
493                         return
494                 }
495                 if !top {
496                         panic(errorString(msg))
497                 }
498                 cgoCheckArg(it, p, it.kind&kindDirectIface == 0, false, msg)
499         case kindSlice:
500                 st := (*slicetype)(unsafe.Pointer(t))
501                 s := (*slice)(p)
502                 p = s.array
503                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
504                         return
505                 }
506                 if !top {
507                         panic(errorString(msg))
508                 }
509                 if st.elem.ptrdata == 0 {
510                         return
511                 }
512                 for i := 0; i < s.cap; i++ {
513                         cgoCheckArg(st.elem, p, true, false, msg)
514                         p = add(p, st.elem.size)
515                 }
516         case kindString:
517                 ss := (*stringStruct)(p)
518                 if !cgoIsGoPointer(ss.str) {
519                         return
520                 }
521                 if !top {
522                         panic(errorString(msg))
523                 }
524         case kindStruct:
525                 st := (*structtype)(unsafe.Pointer(t))
526                 if !indir {
527                         if len(st.fields) != 1 {
528                                 throw("can't happen")
529                         }
530                         cgoCheckArg(st.fields[0].typ, p, st.fields[0].typ.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
531                         return
532                 }
533                 for _, f := range st.fields {
534                         if f.typ.ptrdata == 0 {
535                                 continue
536                         }
537                         cgoCheckArg(f.typ, add(p, f.offset()), true, top, msg)
538                 }
539         case kindPtr, kindUnsafePointer:
540                 if indir {
541                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
542                         if p == nil {
543                                 return
544                         }
545                 }
546
547                 if !cgoIsGoPointer(p) {
548                         return
549                 }
550                 if !top {
551                         panic(errorString(msg))
552                 }
553
554                 cgoCheckUnknownPointer(p, msg)
555         }
556 }
557
558 // cgoCheckUnknownPointer is called for an arbitrary pointer into Go
559 // memory. It checks whether that Go memory contains any other
560 // pointer into Go memory. If it does, we panic.
561 // The return values are unused but useful to see in panic tracebacks.
562 func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
563         if inheap(uintptr(p)) {
564                 b, span, _ := findObject(uintptr(p), 0, 0)
565                 base = b
566                 if base == 0 {
567                         return
568                 }
569                 hbits := heapBitsForAddr(base)
570                 n := span.elemsize
571                 for i = uintptr(0); i < n; i += goarch.PtrSize {
572                         if !hbits.morePointers() {
573                                 // No more possible pointers.
574                                 break
575                         }
576                         if hbits.isPointer() && cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(base + i))) {
577                                 panic(errorString(msg))
578                         }
579                         hbits = hbits.next()
580                 }
581
582                 return
583         }
584
585         for _, datap := range activeModules() {
586                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
587                         // We have no way to know the size of the object.
588                         // We have to assume that it might contain a pointer.
589                         panic(errorString(msg))
590                 }
591                 // In the text or noptr sections, we know that the
592                 // pointer does not point to a Go pointer.
593         }
594
595         return
596 }
597
598 // cgoIsGoPointer reports whether the pointer is a Go pointer--a
599 // pointer to Go memory. We only care about Go memory that might
600 // contain pointers.
601 //go:nosplit
602 //go:nowritebarrierrec
603 func cgoIsGoPointer(p unsafe.Pointer) bool {
604         if p == nil {
605                 return false
606         }
607
608         if inHeapOrStack(uintptr(p)) {
609                 return true
610         }
611
612         for _, datap := range activeModules() {
613                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
614                         return true
615                 }
616         }
617
618         return false
619 }
620
621 // cgoInRange reports whether p is between start and end.
622 //go:nosplit
623 //go:nowritebarrierrec
624 func cgoInRange(p unsafe.Pointer, start, end uintptr) bool {
625         return start <= uintptr(p) && uintptr(p) < end
626 }
627
628 // cgoCheckResult is called to check the result parameter of an
629 // exported Go function. It panics if the result is or contains a Go
630 // pointer.
631 func cgoCheckResult(val interface{}) {
632         if debug.cgocheck == 0 {
633                 return
634         }
635
636         ep := efaceOf(&val)
637         t := ep._type
638         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, false, cgoResultFail)
639 }