]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cgocall.go
runtime/cgo: store M for C-created thread in pthread key
[gostls13.git] / src / runtime / cgocall.go
1 // Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // Cgo call and callback support.
6 //
7 // To call into the C function f from Go, the cgo-generated code calls
8 // runtime.cgocall(_cgo_Cfunc_f, frame), where _cgo_Cfunc_f is a
9 // gcc-compiled function written by cgo.
10 //
11 // runtime.cgocall (below) calls entersyscall so as not to block
12 // other goroutines or the garbage collector, and then calls
13 // runtime.asmcgocall(_cgo_Cfunc_f, frame).
14 //
15 // runtime.asmcgocall (in asm_$GOARCH.s) switches to the m->g0 stack
16 // (assumed to be an operating system-allocated stack, so safe to run
17 // gcc-compiled code on) and calls _cgo_Cfunc_f(frame).
18 //
19 // _cgo_Cfunc_f invokes the actual C function f with arguments
20 // taken from the frame structure, records the results in the frame,
21 // and returns to runtime.asmcgocall.
22 //
23 // After it regains control, runtime.asmcgocall switches back to the
24 // original g (m->curg)'s stack and returns to runtime.cgocall.
25 //
26 // After it regains control, runtime.cgocall calls exitsyscall, which blocks
27 // until this m can run Go code without violating the $GOMAXPROCS limit,
28 // and then unlocks g from m.
29 //
30 // The above description skipped over the possibility of the gcc-compiled
31 // function f calling back into Go. If that happens, we continue down
32 // the rabbit hole during the execution of f.
33 //
34 // To make it possible for gcc-compiled C code to call a Go function p.GoF,
35 // cgo writes a gcc-compiled function named GoF (not p.GoF, since gcc doesn't
36 // know about packages).  The gcc-compiled C function f calls GoF.
37 //
38 // GoF initializes "frame", a structure containing all of its
39 // arguments and slots for p.GoF's results. It calls
40 // crosscall2(_cgoexp_GoF, frame, framesize, ctxt) using the gcc ABI.
41 //
42 // crosscall2 (in cgo/asm_$GOARCH.s) is a four-argument adapter from
43 // the gcc function call ABI to the gc function call ABI. At this
44 // point we're in the Go runtime, but we're still running on m.g0's
45 // stack and outside the $GOMAXPROCS limit. crosscall2 calls
46 // runtime.cgocallback(_cgoexp_GoF, frame, ctxt) using the gc ABI.
47 // (crosscall2's framesize argument is no longer used, but there's one
48 // case where SWIG calls crosscall2 directly and expects to pass this
49 // argument. See _cgo_panic.)
50 //
51 // runtime.cgocallback (in asm_$GOARCH.s) switches from m.g0's stack
52 // to the original g (m.curg)'s stack, on which it calls
53 // runtime.cgocallbackg(_cgoexp_GoF, frame, ctxt). As part of the
54 // stack switch, runtime.cgocallback saves the current SP as
55 // m.g0.sched.sp, so that any use of m.g0's stack during the execution
56 // of the callback will be done below the existing stack frames.
57 // Before overwriting m.g0.sched.sp, it pushes the old value on the
58 // m.g0 stack, so that it can be restored later.
59 //
60 // runtime.cgocallbackg (below) is now running on a real goroutine
61 // stack (not an m.g0 stack).  First it calls runtime.exitsyscall, which will
62 // block until the $GOMAXPROCS limit allows running this goroutine.
63 // Once exitsyscall has returned, it is safe to do things like call the memory
64 // allocator or invoke the Go callback function.  runtime.cgocallbackg
65 // first defers a function to unwind m.g0.sched.sp, so that if p.GoF
66 // panics, m.g0.sched.sp will be restored to its old value: the m.g0 stack
67 // and the m.curg stack will be unwound in lock step.
68 // Then it calls _cgoexp_GoF(frame).
69 //
70 // _cgoexp_GoF, which was generated by cmd/cgo, unpacks the arguments
71 // from frame, calls p.GoF, writes the results back to frame, and
72 // returns. Now we start unwinding this whole process.
73 //
74 // runtime.cgocallbackg pops but does not execute the deferred
75 // function to unwind m.g0.sched.sp, calls runtime.entersyscall, and
76 // returns to runtime.cgocallback.
77 //
78 // After it regains control, runtime.cgocallback switches back to
79 // m.g0's stack (the pointer is still in m.g0.sched.sp), restores the old
80 // m.g0.sched.sp value from the stack, and returns to crosscall2.
81 //
82 // crosscall2 restores the callee-save registers for gcc and returns
83 // to GoF, which unpacks any result values and returns to f.
84
85 package runtime
86
87 import (
88         "internal/goarch"
89         "internal/goexperiment"
90         "runtime/internal/sys"
91         "unsafe"
92 )
93
94 // Addresses collected in a cgo backtrace when crashing.
95 // Length must match arg.Max in x_cgo_callers in runtime/cgo/gcc_traceback.c.
96 type cgoCallers [32]uintptr
97
98 // argset matches runtime/cgo/linux_syscall.c:argset_t
99 type argset struct {
100         args   unsafe.Pointer
101         retval uintptr
102 }
103
104 // wrapper for syscall package to call cgocall for libc (cgo) calls.
105 //
106 //go:linkname syscall_cgocaller syscall.cgocaller
107 //go:nosplit
108 //go:uintptrescapes
109 func syscall_cgocaller(fn unsafe.Pointer, args ...uintptr) uintptr {
110         as := argset{args: unsafe.Pointer(&args[0])}
111         cgocall(fn, unsafe.Pointer(&as))
112         return as.retval
113 }
114
115 var ncgocall uint64 // number of cgo calls in total for dead m
116
117 // Call from Go to C.
118 //
119 // This must be nosplit because it's used for syscalls on some
120 // platforms. Syscalls may have untyped arguments on the stack, so
121 // it's not safe to grow or scan the stack.
122 //
123 //go:nosplit
124 func cgocall(fn, arg unsafe.Pointer) int32 {
125         if !iscgo && GOOS != "solaris" && GOOS != "illumos" && GOOS != "windows" {
126                 throw("cgocall unavailable")
127         }
128
129         if fn == nil {
130                 throw("cgocall nil")
131         }
132
133         if raceenabled {
134                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
135         }
136
137         mp := getg().m
138         mp.ncgocall++
139         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         if gp.m.isextra {
233                 gp.m.isExtraInC = false
234         }
235
236         osPreemptExtExit(gp.m)
237
238         cgocallbackg1(fn, frame, ctxt) // will call unlockOSThread
239
240         // At this point unlockOSThread has been called.
241         // The following code must not change to a different m.
242         // This is enforced by checking incgo in the schedule function.
243
244         gp.m.incgo = true
245         if gp.m.isextra {
246                 gp.m.isExtraInC = true
247         }
248
249         if gp.m != checkm {
250                 throw("m changed unexpectedly in cgocallbackg")
251         }
252
253         osPreemptExtEnter(gp.m)
254
255         // going back to cgo call
256         reentersyscall(savedpc, uintptr(savedsp))
257
258         gp.m.syscall = syscall
259 }
260
261 func cgocallbackg1(fn, frame unsafe.Pointer, ctxt uintptr) {
262         gp := getg()
263
264         // When we return, undo the call to lockOSThread in cgocallbackg.
265         // We must still stay on the same m.
266         defer unlockOSThread()
267
268         if gp.m.needextram || extraMWaiters.Load() > 0 {
269                 gp.m.needextram = false
270                 systemstack(newextram)
271         }
272
273         if ctxt != 0 {
274                 s := append(gp.cgoCtxt, ctxt)
275
276                 // Now we need to set gp.cgoCtxt = s, but we could get
277                 // a SIGPROF signal while manipulating the slice, and
278                 // the SIGPROF handler could pick up gp.cgoCtxt while
279                 // tracing up the stack.  We need to ensure that the
280                 // handler always sees a valid slice, so set the
281                 // values in an order such that it always does.
282                 p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
283                 atomicstorep(unsafe.Pointer(&p.array), unsafe.Pointer(&s[0]))
284                 p.cap = cap(s)
285                 p.len = len(s)
286
287                 defer func(gp *g) {
288                         // Decrease the length of the slice by one, safely.
289                         p := (*slice)(unsafe.Pointer(&gp.cgoCtxt))
290                         p.len--
291                 }(gp)
292         }
293
294         if gp.m.ncgo == 0 {
295                 // The C call to Go came from a thread not currently running
296                 // any Go. In the case of -buildmode=c-archive or c-shared,
297                 // this call may be coming in before package initialization
298                 // is complete. Wait until it is.
299                 <-main_init_done
300         }
301
302         // Check whether the profiler needs to be turned on or off; this route to
303         // run Go code does not use runtime.execute, so bypasses the check there.
304         hz := sched.profilehz
305         if gp.m.profilehz != hz {
306                 setThreadCPUProfiler(hz)
307         }
308
309         // Add entry to defer stack in case of panic.
310         restore := true
311         defer unwindm(&restore)
312
313         if raceenabled {
314                 raceacquire(unsafe.Pointer(&racecgosync))
315         }
316
317         // Invoke callback. This function is generated by cmd/cgo and
318         // will unpack the argument frame and call the Go function.
319         var cb func(frame unsafe.Pointer)
320         cbFV := funcval{uintptr(fn)}
321         *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(&cb)) = noescape(unsafe.Pointer(&cbFV))
322         cb(frame)
323
324         if raceenabled {
325                 racereleasemerge(unsafe.Pointer(&racecgosync))
326         }
327
328         // Do not unwind m->g0->sched.sp.
329         // Our caller, cgocallback, will do that.
330         restore = false
331 }
332
333 func unwindm(restore *bool) {
334         if *restore {
335                 // Restore sp saved by cgocallback during
336                 // unwind of g's stack (see comment at top of file).
337                 mp := acquirem()
338                 sched := &mp.g0.sched
339                 sched.sp = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(sched.sp + alignUp(sys.MinFrameSize, sys.StackAlign)))
340
341                 // Do the accounting that cgocall will not have a chance to do
342                 // during an unwind.
343                 //
344                 // In the case where a Go call originates from C, ncgo is 0
345                 // and there is no matching cgocall to end.
346                 if mp.ncgo > 0 {
347                         mp.incgo = false
348                         mp.ncgo--
349                         osPreemptExtExit(mp)
350                 }
351
352                 releasem(mp)
353         }
354 }
355
356 // called from assembly.
357 func badcgocallback() {
358         throw("misaligned stack in cgocallback")
359 }
360
361 // called from (incomplete) assembly.
362 func cgounimpl() {
363         throw("cgo not implemented")
364 }
365
366 var racecgosync uint64 // represents possible synchronization in C code
367
368 // Pointer checking for cgo code.
369
370 // We want to detect all cases where a program that does not use
371 // unsafe makes a cgo call passing a Go pointer to memory that
372 // contains a Go pointer. Here a Go pointer is defined as a pointer
373 // to memory allocated by the Go runtime. Programs that use unsafe
374 // can evade this restriction easily, so we don't try to catch them.
375 // The cgo program will rewrite all possibly bad pointer arguments to
376 // call cgoCheckPointer, where we can catch cases of a Go pointer
377 // pointing to a Go pointer.
378
379 // Complicating matters, taking the address of a slice or array
380 // element permits the C program to access all elements of the slice
381 // or array. In that case we will see a pointer to a single element,
382 // but we need to check the entire data structure.
383
384 // The cgoCheckPointer call takes additional arguments indicating that
385 // it was called on an address expression. An additional argument of
386 // true means that it only needs to check a single element. An
387 // additional argument of a slice or array means that it needs to
388 // check the entire slice/array, but nothing else. Otherwise, the
389 // pointer could be anything, and we check the entire heap object,
390 // which is conservative but safe.
391
392 // When and if we implement a moving garbage collector,
393 // cgoCheckPointer will pin the pointer for the duration of the cgo
394 // call.  (This is necessary but not sufficient; the cgo program will
395 // also have to change to pin Go pointers that cannot point to Go
396 // pointers.)
397
398 // cgoCheckPointer checks if the argument contains a Go pointer that
399 // points to a Go pointer, and panics if it does.
400 func cgoCheckPointer(ptr any, arg any) {
401         if !goexperiment.CgoCheck2 && debug.cgocheck == 0 {
402                 return
403         }
404
405         ep := efaceOf(&ptr)
406         t := ep._type
407
408         top := true
409         if arg != nil && (t.kind&kindMask == kindPtr || t.kind&kindMask == kindUnsafePointer) {
410                 p := ep.data
411                 if t.kind&kindDirectIface == 0 {
412                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
413                 }
414                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
415                         return
416                 }
417                 aep := efaceOf(&arg)
418                 switch aep._type.kind & kindMask {
419                 case kindBool:
420                         if t.kind&kindMask == kindUnsafePointer {
421                                 // We don't know the type of the element.
422                                 break
423                         }
424                         pt := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(t))
425                         cgoCheckArg(pt.elem, p, true, false, cgoCheckPointerFail)
426                         return
427                 case kindSlice:
428                         // Check the slice rather than the pointer.
429                         ep = aep
430                         t = ep._type
431                 case kindArray:
432                         // Check the array rather than the pointer.
433                         // Pass top as false since we have a pointer
434                         // to the array.
435                         ep = aep
436                         t = ep._type
437                         top = false
438                 default:
439                         throw("can't happen")
440                 }
441         }
442
443         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, top, cgoCheckPointerFail)
444 }
445
446 const cgoCheckPointerFail = "cgo argument has Go pointer to Go pointer"
447 const cgoResultFail = "cgo result has Go pointer"
448
449 // cgoCheckArg is the real work of cgoCheckPointer. The argument p
450 // is either a pointer to the value (of type t), or the value itself,
451 // depending on indir. The top parameter is whether we are at the top
452 // level, where Go pointers are allowed.
453 func cgoCheckArg(t *_type, p unsafe.Pointer, indir, top bool, msg string) {
454         if t.ptrdata == 0 || p == nil {
455                 // If the type has no pointers there is nothing to do.
456                 return
457         }
458
459         switch t.kind & kindMask {
460         default:
461                 throw("can't happen")
462         case kindArray:
463                 at := (*arraytype)(unsafe.Pointer(t))
464                 if !indir {
465                         if at.len != 1 {
466                                 throw("can't happen")
467                         }
468                         cgoCheckArg(at.elem, p, at.elem.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
469                         return
470                 }
471                 for i := uintptr(0); i < at.len; i++ {
472                         cgoCheckArg(at.elem, p, true, top, msg)
473                         p = add(p, at.elem.size)
474                 }
475         case kindChan, kindMap:
476                 // These types contain internal pointers that will
477                 // always be allocated in the Go heap. It's never OK
478                 // to pass them to C.
479                 panic(errorString(msg))
480         case kindFunc:
481                 if indir {
482                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
483                 }
484                 if !cgoIsGoPointer(p) {
485                         return
486                 }
487                 panic(errorString(msg))
488         case kindInterface:
489                 it := *(**_type)(p)
490                 if it == nil {
491                         return
492                 }
493                 // A type known at compile time is OK since it's
494                 // constant. A type not known at compile time will be
495                 // in the heap and will not be OK.
496                 if inheap(uintptr(unsafe.Pointer(it))) {
497                         panic(errorString(msg))
498                 }
499                 p = *(*unsafe.Pointer)(add(p, goarch.PtrSize))
500                 if !cgoIsGoPointer(p) {
501                         return
502                 }
503                 if !top {
504                         panic(errorString(msg))
505                 }
506                 cgoCheckArg(it, p, it.kind&kindDirectIface == 0, false, msg)
507         case kindSlice:
508                 st := (*slicetype)(unsafe.Pointer(t))
509                 s := (*slice)(p)
510                 p = s.array
511                 if p == nil || !cgoIsGoPointer(p) {
512                         return
513                 }
514                 if !top {
515                         panic(errorString(msg))
516                 }
517                 if st.elem.ptrdata == 0 {
518                         return
519                 }
520                 for i := 0; i < s.cap; i++ {
521                         cgoCheckArg(st.elem, p, true, false, msg)
522                         p = add(p, st.elem.size)
523                 }
524         case kindString:
525                 ss := (*stringStruct)(p)
526                 if !cgoIsGoPointer(ss.str) {
527                         return
528                 }
529                 if !top {
530                         panic(errorString(msg))
531                 }
532         case kindStruct:
533                 st := (*structtype)(unsafe.Pointer(t))
534                 if !indir {
535                         if len(st.fields) != 1 {
536                                 throw("can't happen")
537                         }
538                         cgoCheckArg(st.fields[0].typ, p, st.fields[0].typ.kind&kindDirectIface == 0, top, msg)
539                         return
540                 }
541                 for _, f := range st.fields {
542                         if f.typ.ptrdata == 0 {
543                                 continue
544                         }
545                         cgoCheckArg(f.typ, add(p, f.offset), true, top, msg)
546                 }
547         case kindPtr, kindUnsafePointer:
548                 if indir {
549                         p = *(*unsafe.Pointer)(p)
550                         if p == nil {
551                                 return
552                         }
553                 }
554
555                 if !cgoIsGoPointer(p) {
556                         return
557                 }
558                 if !top {
559                         panic(errorString(msg))
560                 }
561
562                 cgoCheckUnknownPointer(p, msg)
563         }
564 }
565
566 // cgoCheckUnknownPointer is called for an arbitrary pointer into Go
567 // memory. It checks whether that Go memory contains any other
568 // pointer into Go memory. If it does, we panic.
569 // The return values are unused but useful to see in panic tracebacks.
570 func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
571         if inheap(uintptr(p)) {
572                 b, span, _ := findObject(uintptr(p), 0, 0)
573                 base = b
574                 if base == 0 {
575                         return
576                 }
577                 n := span.elemsize
578                 hbits := heapBitsForAddr(base, n)
579                 for {
580                         var addr uintptr
581                         if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
582                                 break
583                         }
584                         if cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))) {
585                                 panic(errorString(msg))
586                         }
587                 }
588
589                 return
590         }
591
592         for _, datap := range activeModules() {
593                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
594                         // We have no way to know the size of the object.
595                         // We have to assume that it might contain a pointer.
596                         panic(errorString(msg))
597                 }
598                 // In the text or noptr sections, we know that the
599                 // pointer does not point to a Go pointer.
600         }
601
602         return
603 }
604
605 // cgoIsGoPointer reports whether the pointer is a Go pointer--a
606 // pointer to Go memory. We only care about Go memory that might
607 // contain pointers.
608 //
609 //go:nosplit
610 //go:nowritebarrierrec
611 func cgoIsGoPointer(p unsafe.Pointer) bool {
612         if p == nil {
613                 return false
614         }
615
616         if inHeapOrStack(uintptr(p)) {
617                 return true
618         }
619
620         for _, datap := range activeModules() {
621                 if cgoInRange(p, datap.data, datap.edata) || cgoInRange(p, datap.bss, datap.ebss) {
622                         return true
623                 }
624         }
625
626         return false
627 }
628
629 // cgoInRange reports whether p is between start and end.
630 //
631 //go:nosplit
632 //go:nowritebarrierrec
633 func cgoInRange(p unsafe.Pointer, start, end uintptr) bool {
634         return start <= uintptr(p) && uintptr(p) < end
635 }
636
637 // cgoCheckResult is called to check the result parameter of an
638 // exported Go function. It panics if the result is or contains a Go
639 // pointer.
640 func cgoCheckResult(val any) {
641         if !goexperiment.CgoCheck2 && debug.cgocheck == 0 {
642                 return
643         }
644
645         ep := efaceOf(&val)
646         t := ep._type
647         cgoCheckArg(t, ep.data, t.kind&kindDirectIface == 0, false, cgoResultFail)
648 }