Kernel/arch/x86/proc.c

   1 /*
   2  * AcessOS Microkernel Version
   3  * proc.c
   4  */
   5 #include <common.h>
   6 #include <proc.h>
   7 #include <mm_virt.h>
   8 #include <errno.h>
   9 #if USE_MP
  10 # include <mp.h>
  11 #endif
  12
  13 // === CONSTANTS ===
  14 #define SWITCH_MAGIC    0xFFFACE55      // There is no code in this area
  15 #define TIMER_DIVISOR   11931   //~100Hz
  16
  17 // === IMPORTS ===
  18 extern tGDT     gGDT[];
  19 extern Uint     GetEIP();       // start.asm
  20 extern Uint32   gaInitPageDir[1024];    // start.asm
  21 extern void     Kernel_Stack_Top;
  22 extern volatile int     giThreadListLock;
  23 extern int      giNumCPUs;
  24 extern int      giNextTID;
  25 extern int      giTotalTickets;
  26 extern int      giNumActiveThreads;
  27 extern tThread  gThreadZero;
  28 extern tThread  *gActiveThreads;
  29 extern tThread  *gSleepingThreads;
  30 extern tThread  *gDeleteThreads;
  31 extern tThread  *Threads_GetNextToRun(int CPU);
  32
  33 // === PROTOTYPES ===
  34 void    ArchThreads_Init();
  35 tThread *Proc_GetCurThread();
  36 void    Proc_ChangeStack();
  37  int    Proc_Clone(Uint *Err, Uint Flags);
  38 void    Proc_Scheduler();
  39
  40 // === GLOBALS ===
  41 // --- Current State ---
  42 #if USE_MP
  43 tThread *gCurrentThread[MAX_CPUS] = {NULL};
  44 #else
  45 tThread *gCurrentThread = NULL;
  46 #endif
  47 // --- Multiprocessing ---
  48 #if USE_MP
  49 tMPInfo *gMPTable = NULL;
  50 #endif
  51 #if USE_PAE
  52 Uint32  *gPML4s[4] = NULL;
  53 #endif
  54 tTSS    *gTSSs = NULL;
  55 #if !USE_MP
  56 tTSS    gTSS0 = {0};
  57 #endif
  58
  59 // === CODE ===
  60 /**
  61  * \fn void ArchThreads_Init()
  62  * \brief Starts the process scheduler
  63  */
  64 void ArchThreads_Init()
  65 {
  66         Uint    pos = 0;
  67         #if USE_MP
  68         // -- Initialise Multiprocessing
  69         // Find MP Floating Table
  70         // - EBDA
  71         for(pos = KERNEL_BASE|0x9FC00; pos < (KERNEL_BASE|0xA0000); pos += 16) {
  72                 if( *(Uint*)(pos) == MPTABLE_IDENT ) {
  73                         if(ByteSum( (void*)pos, sizeof(tMPInfo) ) != 0) continue;
  74                         gMPTable = (void*)pos;
  75                         break;
  76                 }
  77         }
  78         // - Last KiB
  79         if(!gMPTable) {
  80
  81         }
  82         // - BIOS ROM
  83         if(!gMPTable) {
  84                 for(pos = KERNEL_BASE|0xF0000; pos < (KERNEL_BASE|0x100000); pos += 16) {
  85                         if( *(Uint*)(pos) == MPTABLE_IDENT ) {
  86                                 if(ByteSum( (void*)pos, sizeof(tMPInfo) ) != 0) continue;
  87                                 gMPTable = (void*)pos;
  88                                 break;
  89                         }
  90                 }
  91         }
  92
  93         // If the MP Table Exists, parse it
  94         if(gMPTable)
  95         {
  96                 Panic("Uh oh... MP Table Parsing is unimplemented\n");
  97         } else {
  98         #endif
  99                 giNumCPUs = 1;
 100                 gTSSs = &gTSS0;
 101         #if USE_MP
 102         }
 103
 104         // Initialise TSS
 105         for(pos=0;pos<giNumCPUs;pos++)
 106         {
 107         #else
 108         pos = 0;
 109         #endif
 110                 gTSSs[pos].SS0 = 0x10;
 111                 gTSSs[pos].ESP0 = 0;    // Set properly by scheduler
 112                 gGDT[5+pos].LimitLow = sizeof(tTSS);
 113                 gGDT[5+pos].LimitHi = 0;
 114                 gGDT[5+pos].Access = 0x89;      // Type
 115                 gGDT[5+pos].Flags = 0x4;
 116                 gGDT[5+pos].BaseLow = (Uint)&gTSSs[pos] & 0xFFFF;
 117                 gGDT[5+pos].BaseMid = (Uint)&gTSSs[pos] >> 16;
 118                 gGDT[5+pos].BaseHi = (Uint)&gTSSs[pos] >> 24;
 119         #if USE_MP
 120         }
 121         for(pos=0;pos<giNumCPUs;pos++) {
 122         #endif
 123                 __asm__ __volatile__ ("ltr %%ax"::"a"(0x28+pos*8));
 124         #if USE_MP
 125         }
 126         #endif
 127
 128         #if USE_MP
 129         gCurrentThread[0] = &gThreadZero;
 130         #else
 131         gCurrentThread = &gThreadZero;
 132         #endif
 133
 134         // Set timer frequency
 135         outb(0x43, 0x34);       // Set Channel 0, Low/High, Rate Generator
 136         outb(0x40, TIMER_DIVISOR&0xFF); // Low Byte of Divisor
 137         outb(0x40, (TIMER_DIVISOR>>8)&0xFF);    // High Byte
 138
 139         // Create Per-Process Data Block
 140         MM_Allocate(MM_PPD_CFG);
 141
 142         // Change Stacks
 143         Proc_ChangeStack();
 144 }
 145
 146 /**
 147  * \fn void Proc_Start()
 148  * \brief Start process scheduler
 149  */
 150 void Proc_Start()
 151 {
 152         // Start Interrupts (and hence scheduler)
 153         __asm__ __volatile__("sti");
 154 }
 155
 156 /**
 157  * \fn tThread *Proc_GetCurThread()
 158  * \brief Gets the current thread
 159  */
 160 tThread *Proc_GetCurThread()
 161 {
 162         #if USE_MP
 163         return NULL;
 164         #else
 165         return gCurrentThread;
 166         #endif
 167 }
 168
 169 /**
 170  * \fn void Proc_ChangeStack()
 171  * \brief Swaps the current stack for a new one (in the proper stack reigon)
 172  */
 173 void Proc_ChangeStack()
 174 {
 175         Uint    esp, ebp;
 176         Uint    tmpEbp, oldEsp;
 177         Uint    curBase, newBase;
 178
 179         __asm__ __volatile__ ("mov %%esp, %0":"=r"(esp));
 180         __asm__ __volatile__ ("mov %%ebp, %0":"=r"(ebp));
 181
 182         oldEsp = esp;
 183
 184         // Create new KStack
 185         newBase = MM_NewKStack();
 186         // Check for errors
 187         if(newBase == 0) {
 188                 Panic("What the?? Unable to allocate space for initial kernel stack");
 189                 return;
 190         }
 191
 192         curBase = (Uint)&Kernel_Stack_Top;
 193
 194         LOG("curBase = 0x%x, newBase = 0x%x", curBase, newBase);
 195
 196         // Get ESP as a used size
 197         esp = curBase - esp;
 198         LOG("memcpy( %p, %p, 0x%x )", (void*)(newBase - esp), (void*)(curBase - esp), esp );
 199         // Copy used stack
 200         memcpy( (void*)(newBase - esp), (void*)(curBase - esp), esp );
 201         // Get ESP as an offset in the new stack
 202         esp = newBase - esp;
 203         // Adjust EBP
 204         ebp = newBase - (curBase - ebp);
 205
 206         // Repair EBPs & Stack Addresses
 207         // Catches arguments also, but may trash stack-address-like values
 208         for(tmpEbp = esp; tmpEbp < newBase; tmpEbp += 4)
 209         {
 210                 if(oldEsp < *(Uint*)tmpEbp && *(Uint*)tmpEbp < curBase)
 211                         *(Uint*)tmpEbp += newBase - curBase;
 212         }
 213
 214         gCurrentThread->KernelStack = newBase;
 215
 216         __asm__ __volatile__ ("mov %0, %%esp"::"r"(esp));
 217         __asm__ __volatile__ ("mov %0, %%ebp"::"r"(ebp));
 218 }
 219
 220 /**
 221  * \fn int Proc_Clone(Uint *Err, Uint Flags)
 222  * \brief Clone the current process
 223  */
 224 int Proc_Clone(Uint *Err, Uint Flags)
 225 {
 226         tThread *newThread;
 227         Uint    eip, esp, ebp;
 228
 229         __asm__ __volatile__ ("mov %%esp, %0": "=r"(esp));
 230         __asm__ __volatile__ ("mov %%ebp, %0": "=r"(ebp));
 231
 232         // Create new thread structure
 233         newThread = malloc( sizeof(tThread) );
 234         if(!newThread) {
 235                 Warning("Proc_Clone - Out of memory when creating thread\n");
 236                 *Err = -ENOMEM;
 237                 return -1;
 238         }
 239         // Base new thread on old
 240         memcpy(newThread, gCurrentThread, sizeof(tThread));
 241         // Initialise Memory Space (New Addr space or kernel stack)
 242         if(Flags & CLONE_VM) {
 243                 newThread->TGID = newThread->TID;
 244                 newThread->MemState.CR3 = MM_Clone();
 245         } else {
 246                 Uint    tmpEbp, oldEsp = esp;
 247
 248                 // Create new KStack
 249                 newThread->KernelStack = MM_NewKStack();
 250                 // Check for errors
 251                 if(newThread->KernelStack == 0) {
 252                         free(newThread);
 253                         return -1;
 254                 }
 255
 256                 // Get ESP as a used size
 257                 esp = gCurrentThread->KernelStack - esp;
 258                 // Copy used stack
 259                 memcpy( (void*)(newThread->KernelStack - esp), (void*)(gCurrentThread->KernelStack - esp), esp );
 260                 // Get ESP as an offset in the new stack
 261                 esp = newThread->KernelStack - esp;
 262                 // Adjust EBP
 263                 ebp = newThread->KernelStack - (gCurrentThread->KernelStack - ebp);
 264
 265                 // Repair EBPs & Stack Addresses
 266                 // Catches arguments also, but may trash stack-address-like values
 267                 for(tmpEbp = esp; tmpEbp < newThread->KernelStack; tmpEbp += 4)
 268                 {
 269                         if(oldEsp < *(Uint*)tmpEbp && *(Uint*)tmpEbp < gCurrentThread->KernelStack)
 270                                 *(Uint*)tmpEbp += newThread->KernelStack - gCurrentThread->KernelStack;
 271                 }
 272         }
 273
 274         // Set Pointer, Spinlock and TID
 275         newThread->Next = NULL;
 276         newThread->IsLocked = 0;
 277         newThread->TID = giNextTID++;
 278         newThread->PTID = gCurrentThread->TID;
 279
 280         // Clear message list (messages are not inherited)
 281         newThread->Messages = NULL;
 282         newThread->LastMessage = NULL;
 283
 284         // Set remaining (sheduler expects remaining to be correct)
 285         newThread->Remaining = newThread->Quantum;
 286
 287         // Save core machine state
 288         newThread->SavedState.ESP = esp;
 289         newThread->SavedState.EBP = ebp;
 290         eip = GetEIP();
 291         if(eip == SWITCH_MAGIC) {
 292                 outb(0x20, 0x20);       // ACK Timer and return as child
 293                 return 0;
 294         }
 295
 296         // Set EIP as parent
 297         newThread->SavedState.EIP = eip;
 298
 299         // Lock list and add to active
 300         LOCK( &giThreadListLock );
 301         newThread->Next = gActiveThreads;
 302         gActiveThreads = newThread;
 303         giNumActiveThreads ++;
 304         giTotalTickets += newThread->NumTickets;
 305         RELEASE( &giThreadListLock );
 306
 307         return newThread->TID;
 308 }
 309
 310 /**
 311  * \fn Uint Proc_MakeUserStack()
 312  * \brief Creates a new user stack
 313  */
 314 Uint Proc_MakeUserStack()
 315 {
 316          int    i;
 317         Uint    base = USER_STACK_TOP - USER_STACK_SZ;
 318
 319         // Check Prospective Space
 320         for( i = USER_STACK_SZ >> 12; i--; )
 321                 if( MM_GetPhysAddr( base + (i<<12) ) != 0 )
 322                         break;
 323
 324         if(i != -1)     return 0;
 325
 326         // Allocate Stack - Allocate incrementally to clean up MM_Dump output
 327         for( i = 0; i < USER_STACK_SZ/4069; i++ )
 328                 MM_Allocate( base + (i<<12) );
 329
 330         return base + USER_STACK_SZ;
 331 }
 332
 333
 334 /**
 335  * \fn void Proc_StartUser(Uint Entrypoint, Uint Base, int ArgC, char **ArgV, char **EnvP, int DataSize)
 336  * \brief Starts a user task
 337  */
 338 void Proc_StartUser(Uint Entrypoint, Uint *Bases, int ArgC, char **ArgV, char **EnvP, int DataSize)
 339 {
 340         Uint    *stack = (void*)Proc_MakeUserStack();
 341          int    i;
 342         Uint    delta;
 343         Uint16  ss, cs;
 344
 345         LOG("stack = 0x%x", stack);
 346
 347         // Copy Arguments
 348         stack = (void*)( (Uint)stack - DataSize );
 349         memcpy( stack, ArgV, DataSize );
 350
 351         // Adjust Arguments and environment
 352         delta = (Uint)stack - (Uint)ArgV;
 353         ArgV = (char**)stack;
 354         for( i = 0; ArgV[i]; i++ )      ArgV[i] += delta;
 355         i ++;
 356         EnvP = &ArgV[i];
 357         for( i = 0; EnvP[i]; i++ )      EnvP[i] += delta;
 358
 359         // User Mode Segments
 360         ss = 0x23;      cs = 0x1B;
 361
 362         // Arguments
 363         *--stack = (Uint)EnvP;
 364         *--stack = (Uint)ArgV;
 365         *--stack = (Uint)ArgC;
 366         while(*Bases)
 367                 *--stack = *Bases++;
 368         *--stack = 0;   // Return Address
 369         delta = (Uint)stack;    // Reuse delta to save SP
 370
 371         *--stack = ss;          //Stack Segment
 372         *--stack = delta;       //Stack Pointer
 373         *--stack = 0x0202;      //EFLAGS (Resvd (0x2) and IF (0x20))
 374         *--stack = cs;          //Code Segment
 375         *--stack = Entrypoint;  //EIP
 376         //PUSHAD
 377         *--stack = 0xAAAAAAAA;  // eax
 378         *--stack = 0xCCCCCCCC;  // ecx
 379         *--stack = 0xDDDDDDDD;  // edx
 380         *--stack = 0xBBBBBBBB;  // ebx
 381         *--stack = 0xD1D1D1D1;  // edi
 382         *--stack = 0x54545454;  // esp - NOT POPED
 383         *--stack = 0x51515151;  // esi
 384         *--stack = 0xB4B4B4B4;  // ebp
 385         //Individual PUSHs
 386         *--stack = ss;  // ds
 387         *--stack = ss;  // es
 388         *--stack = ss;  // fs
 389         *--stack = ss;  // gs
 390
 391         __asm__ __volatile__ (
 392         "mov %%eax,%%esp;\n\t"  // Set stack pointer
 393         "pop %%gs;\n\t"
 394         "pop %%fs;\n\t"
 395         "pop %%es;\n\t"
 396         "pop %%ds;\n\t"
 397         "popa;\n\t"
 398         "iret;\n\t" : : "a" (stack));
 399         for(;;);
 400 }
 401
 402 /**
 403  * \fn int Proc_Demote(Uint *Err, int Dest, tRegs *Regs)
 404  * \brief Demotes a process to a lower permission level
 405  * \param Err   Pointer to user's errno
 406  */
 407 int Proc_Demote(Uint *Err, int Dest, tRegs *Regs)
 408 {
 409          int    cpl = Regs->cs & 3;
 410         // Sanity Check
 411         if(Dest > 3 || Dest < 0) {
 412                 *Err = -EINVAL;
 413                 return -1;
 414         }
 415
 416         // Permission Check
 417         if(cpl > Dest) {
 418                 *Err = -EACCES;
 419                 return -1;
 420         }
 421
 422         // Change the Segment Registers
 423         Regs->cs = (((Dest+1)<<4) | Dest) - 8;
 424         Regs->ss = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 425         // Check if the GP Segs are GDT, then change them
 426         if(!(Regs->ds & 4))     Regs->ds = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 427         if(!(Regs->es & 4))     Regs->es = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 428         if(!(Regs->fs & 4))     Regs->fs = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 429         if(!(Regs->gs & 4))     Regs->gs = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 430
 431         return 0;
 432 }
 433
 434 /**
 435  * \fn void Proc_Scheduler(int CPU)
 436  * \brief Swap current thread and clears dead threads
 437  */
 438 void Proc_Scheduler(int CPU)
 439 {
 440         Uint    esp, ebp, eip;
 441         tThread *thread;
 442
 443         // If the spinlock is set, let it complete
 444         if(giThreadListLock)    return;
 445
 446         // Clear Delete Queue
 447         while(gDeleteThreads)
 448         {
 449                 thread = gDeleteThreads->Next;
 450                 if(gDeleteThreads->IsLocked) {  // Only free if structure is unused
 451                         gDeleteThreads->Status = THREAD_STAT_NULL;
 452                         free( gDeleteThreads );
 453                 }
 454                 gDeleteThreads = thread;
 455         }
 456
 457         // Check if there is any tasks running
 458         if(giNumActiveThreads == 0) {
 459                 Log("No Active threads, sleeping\n");
 460                 __asm__ __volatile__ ("hlt");
 461                 return;
 462         }
 463
 464         // Reduce remaining quantum and continue timeslice if non-zero
 465         if(gCurrentThread->Remaining--) return;
 466         // Reset quantum for next call
 467         gCurrentThread->Remaining = gCurrentThread->Quantum;
 468
 469         // Get machine state
 470         __asm__ __volatile__ ("mov %%esp, %0":"=r"(esp));
 471         __asm__ __volatile__ ("mov %%ebp, %0":"=r"(ebp));
 472         eip = GetEIP();
 473         if(eip == SWITCH_MAGIC) return; // Check if a switch happened
 474
 475         // Save machine state
 476         gCurrentThread->SavedState.ESP = esp;
 477         gCurrentThread->SavedState.EBP = ebp;
 478         gCurrentThread->SavedState.EIP = eip;
 479
 480         // Get next thread
 481         thread = Threads_GetNextToRun(CPU);
 482
 483         // Error Check
 484         if(thread == NULL) {
 485                 Warning("Hmm... Threads_GetNextToRun returned NULL, I don't think this should happen.\n");
 486                 return;
 487         }
 488
 489         // Set current thread
 490         gCurrentThread = thread;
 491
 492         // Update Kernel Stack pointer
 493         gTSSs[CPU].ESP0 = thread->KernelStack;
 494
 495         // Set address space
 496         __asm__ __volatile__ ("mov %0, %%cr3"::"a"(gCurrentThread->MemState.CR3));
 497         // Switch threads
 498         __asm__ __volatile__ (
 499                 "mov %1, %%esp\n\t"
 500                 "mov %2, %%ebp\n\t"
 501                 "jmp *%3" : :
 502                 "a"(SWITCH_MAGIC), "b"(gCurrentThread->SavedState.ESP),
 503                 "d"(gCurrentThread->SavedState.EBP), "c"(gCurrentThread->SavedState.EIP));
 504         for(;;);        // Shouldn't reach here
 505 }