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         // Start Interrupts (and hence scheduler)
 146         __asm__ __volatile__("sti");
 147 }
 148
 149 /**
 150  * \fn tThread *Proc_GetCurThread()
 151  * \brief Gets the current thread
 152  */
 153 tThread *Proc_GetCurThread()
 154 {
 155         #if USE_MP
 156         return NULL;
 157         #else
 158         return gCurrentThread;
 159         #endif
 160 }
 161
 162 /**
 163  * \fn void Proc_ChangeStack()
 164  * \brief Swaps the current stack for a new one (in the proper stack reigon)
 165  */
 166 void Proc_ChangeStack()
 167 {
 168         Uint    esp, ebp;
 169         Uint    tmpEbp, oldEsp;
 170         Uint    curBase, newBase;
 171
 172         __asm__ __volatile__ ("mov %%esp, %0":"=r"(esp));
 173         __asm__ __volatile__ ("mov %%ebp, %0":"=r"(ebp));
 174
 175         oldEsp = esp;
 176
 177         // Create new KStack
 178         newBase = MM_NewKStack();
 179         // Check for errors
 180         if(newBase == 0) {
 181                 Panic("What the?? Unable to allocate space for initial kernel stack");
 182                 return;
 183         }
 184
 185         curBase = (Uint)&Kernel_Stack_Top;
 186
 187         LOG("curBase = 0x%x, newBase = 0x%x", curBase, newBase);
 188
 189         // Get ESP as a used size
 190         esp = curBase - esp;
 191         LOG("memcpy( %p, %p, 0x%x )", (void*)(newBase - esp), (void*)(curBase - esp), esp );
 192         // Copy used stack
 193         memcpy( (void*)(newBase - esp), (void*)(curBase - esp), esp );
 194         // Get ESP as an offset in the new stack
 195         esp = newBase - esp;
 196         // Adjust EBP
 197         ebp = newBase - (curBase - ebp);
 198
 199         // Repair EBPs & Stack Addresses
 200         // Catches arguments also, but may trash stack-address-like values
 201         for(tmpEbp = esp; tmpEbp < newBase; tmpEbp += 4)
 202         {
 203                 if(oldEsp < *(Uint*)tmpEbp && *(Uint*)tmpEbp < curBase)
 204                         *(Uint*)tmpEbp += newBase - curBase;
 205         }
 206
 207         gCurrentThread->KernelStack = newBase;
 208
 209         __asm__ __volatile__ ("mov %0, %%esp"::"r"(esp));
 210         __asm__ __volatile__ ("mov %0, %%ebp"::"r"(ebp));
 211 }
 212
 213 /**
 214  * \fn int Proc_Clone(Uint *Err, Uint Flags)
 215  * \brief Clone the current process
 216  */
 217 int Proc_Clone(Uint *Err, Uint Flags)
 218 {
 219         tThread *newThread;
 220         Uint    eip, esp, ebp;
 221
 222         __asm__ __volatile__ ("mov %%esp, %0": "=r"(esp));
 223         __asm__ __volatile__ ("mov %%ebp, %0": "=r"(ebp));
 224
 225         // Create new thread structure
 226         newThread = malloc( sizeof(tThread) );
 227         if(!newThread) {
 228                 Warning("Proc_Clone - Out of memory when creating thread\n");
 229                 *Err = -ENOMEM;
 230                 return -1;
 231         }
 232         // Base new thread on old
 233         memcpy(newThread, gCurrentThread, sizeof(tThread));
 234         // Initialise Memory Space (New Addr space or kernel stack)
 235         if(Flags & CLONE_VM) {
 236                 newThread->TGID = newThread->TID;
 237                 newThread->MemState.CR3 = MM_Clone();
 238         } else {
 239                 Uint    tmpEbp, oldEsp = esp;
 240
 241                 // Create new KStack
 242                 newThread->KernelStack = MM_NewKStack();
 243                 // Check for errors
 244                 if(newThread->KernelStack == 0) {
 245                         free(newThread);
 246                         return -1;
 247                 }
 248
 249                 // Get ESP as a used size
 250                 esp = gCurrentThread->KernelStack - esp;
 251                 // Copy used stack
 252                 memcpy( (void*)(newThread->KernelStack - esp), (void*)(gCurrentThread->KernelStack - esp), esp );
 253                 // Get ESP as an offset in the new stack
 254                 esp = newThread->KernelStack - esp;
 255                 // Adjust EBP
 256                 ebp = newThread->KernelStack - (gCurrentThread->KernelStack - ebp);
 257
 258                 // Repair EBPs & Stack Addresses
 259                 // Catches arguments also, but may trash stack-address-like values
 260                 for(tmpEbp = esp; tmpEbp < newThread->KernelStack; tmpEbp += 4)
 261                 {
 262                         if(oldEsp < *(Uint*)tmpEbp && *(Uint*)tmpEbp < gCurrentThread->KernelStack)
 263                                 *(Uint*)tmpEbp += newThread->KernelStack - gCurrentThread->KernelStack;
 264                 }
 265         }
 266
 267         // Set Pointer, Spinlock and TID
 268         newThread->Next = NULL;
 269         newThread->IsLocked = 0;
 270         newThread->TID = giNextTID++;
 271         newThread->PTID = gCurrentThread->TID;
 272
 273         // Clear message list (messages are not inherited)
 274         newThread->Messages = NULL;
 275         newThread->LastMessage = NULL;
 276
 277         // Set remaining (sheduler expects remaining to be correct)
 278         newThread->Remaining = newThread->Quantum;
 279
 280         // Save core machine state
 281         newThread->SavedState.ESP = esp;
 282         newThread->SavedState.EBP = ebp;
 283         eip = GetEIP();
 284         if(eip == SWITCH_MAGIC) {
 285                 outb(0x20, 0x20);       // ACK Timer and return as child
 286                 return 0;
 287         }
 288
 289         // Set EIP as parent
 290         newThread->SavedState.EIP = eip;
 291
 292         // Lock list and add to active
 293         LOCK( &giThreadListLock );
 294         newThread->Next = gActiveThreads;
 295         gActiveThreads = newThread;
 296         giNumActiveThreads ++;
 297         giTotalTickets += newThread->NumTickets;
 298         RELEASE( &giThreadListLock );
 299
 300         return newThread->TID;
 301 }
 302
 303 /**
 304  * \fn Uint Proc_MakeUserStack()
 305  * \brief Creates a new user stack
 306  */
 307 Uint Proc_MakeUserStack()
 308 {
 309          int    i;
 310         Uint    base = USER_STACK_TOP - USER_STACK_SZ;
 311
 312         // Check Prospective Space
 313         for( i = USER_STACK_SZ >> 12; i--; )
 314                 if( MM_GetPhysAddr( base + (i<<12) ) != 0 )
 315                         break;
 316
 317         if(i != -1)     return 0;
 318
 319         // Allocate Stack - Allocate incrementally to clean up MM_Dump output
 320         for( i = 0; i < USER_STACK_SZ/4069; i++ )
 321                 MM_Allocate( base + (i<<12) );
 322
 323         return base + USER_STACK_SZ;
 324 }
 325
 326
 327 /**
 328  * \fn void Proc_StartUser(Uint Entrypoint, Uint Base, int ArgC, char **ArgV, char **EnvP, int DataSize)
 329  * \brief Starts a user task
 330  */
 331 void Proc_StartUser(Uint Entrypoint, Uint *Bases, int ArgC, char **ArgV, char **EnvP, int DataSize)
 332 {
 333         Uint    *stack = (void*)Proc_MakeUserStack();
 334          int    i;
 335         Uint    delta;
 336         Uint16  ss, cs;
 337
 338         LOG("stack = 0x%x", stack);
 339
 340         // Copy Arguments
 341         stack = (void*)( (Uint)stack - DataSize );
 342         memcpy( stack, ArgV, DataSize );
 343
 344         // Adjust Arguments and environment
 345         delta = (Uint)stack - (Uint)ArgV;
 346         ArgV = (char**)stack;
 347         for( i = 0; ArgV[i]; i++ )      ArgV[i] += delta;
 348         i ++;
 349         EnvP = &ArgV[i];
 350         for( i = 0; EnvP[i]; i++ )      EnvP[i] += delta;
 351
 352         // User Mode Segments
 353         ss = 0x23;      cs = 0x1B;
 354
 355         // Arguments
 356         *--stack = (Uint)EnvP;
 357         *--stack = (Uint)ArgV;
 358         *--stack = (Uint)ArgC;
 359         while(*Bases)
 360                 *--stack = *Bases++;
 361         *--stack = 0;   // Return Address
 362         delta = (Uint)stack;    // Reuse delta to save SP
 363
 364         *--stack = ss;          //Stack Segment
 365         *--stack = delta;       //Stack Pointer
 366         *--stack = 0x0202;      //EFLAGS (Resvd (0x2) and IF (0x20))
 367         *--stack = cs;          //Code Segment
 368         *--stack = Entrypoint;  //EIP
 369         //PUSHAD
 370         *--stack = 0xAAAAAAAA;  // eax
 371         *--stack = 0xCCCCCCCC;  // ecx
 372         *--stack = 0xDDDDDDDD;  // edx
 373         *--stack = 0xBBBBBBBB;  // ebx
 374         *--stack = 0xD1D1D1D1;  // edi
 375         *--stack = 0x54545454;  // esp - NOT POPED
 376         *--stack = 0x51515151;  // esi
 377         *--stack = 0xB4B4B4B4;  // ebp
 378         //Individual PUSHs
 379         *--stack = ss;  // ds
 380         *--stack = ss;  // es
 381         *--stack = ss;  // fs
 382         *--stack = ss;  // gs
 383
 384         __asm__ __volatile__ (
 385         "mov %%eax,%%esp;\n\t"  // Set stack pointer
 386         "pop %%gs;\n\t"
 387         "pop %%fs;\n\t"
 388         "pop %%es;\n\t"
 389         "pop %%ds;\n\t"
 390         "popa;\n\t"
 391         "iret;\n\t" : : "a" (stack));
 392         for(;;);
 393 }
 394
 395 /**
 396  * \fn int Proc_Demote(Uint *Err, int Dest, tRegs *Regs)
 397  * \brief Demotes a process to a lower permission level
 398  * \param Err   Pointer to user's errno
 399  */
 400 int Proc_Demote(Uint *Err, int Dest, tRegs *Regs)
 401 {
 402          int    cpl = Regs->cs & 3;
 403         // Sanity Check
 404         if(Dest > 3 || Dest < 0) {
 405                 *Err = -EINVAL;
 406                 return -1;
 407         }
 408
 409         // Permission Check
 410         if(cpl > Dest) {
 411                 *Err = -EACCES;
 412                 return -1;
 413         }
 414
 415         // Change the Segment Registers
 416         Regs->cs = (((Dest+1)<<4) | Dest) - 8;
 417         Regs->ss = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 418         // Check if the GP Segs are GDT, then change them
 419         if(!(Regs->ds & 4))     Regs->ds = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 420         if(!(Regs->es & 4))     Regs->es = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 421         if(!(Regs->fs & 4))     Regs->fs = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 422         if(!(Regs->gs & 4))     Regs->gs = ((Dest+1)<<4) | Dest;
 423
 424         return 0;
 425 }
 426
 427 /**
 428  * \fn void Proc_Scheduler(int CPU)
 429  * \brief Swap current thread and clears dead threads
 430  */
 431 void Proc_Scheduler(int CPU)
 432 {
 433         Uint    esp, ebp, eip;
 434         tThread *thread;
 435
 436         // If the spinlock is set, let it complete
 437         if(giThreadListLock)    return;
 438
 439         // Clear Delete Queue
 440         while(gDeleteThreads)
 441         {
 442                 thread = gDeleteThreads->Next;
 443                 if(gDeleteThreads->IsLocked) {  // Only free if structure is unused
 444                         gDeleteThreads->Status = THREAD_STAT_NULL;
 445                         free( gDeleteThreads );
 446                 }
 447                 gDeleteThreads = thread;
 448         }
 449
 450         // Check if there is any tasks running
 451         if(giNumActiveThreads == 0) {
 452                 Log("No Active threads, sleeping\n");
 453                 __asm__ __volatile__ ("hlt");
 454                 return;
 455         }
 456
 457         // Reduce remaining quantum and continue timeslice if non-zero
 458         if(gCurrentThread->Remaining--) return;
 459         // Reset quantum for next call
 460         gCurrentThread->Remaining = gCurrentThread->Quantum;
 461
 462         // Get machine state
 463         __asm__ __volatile__ ("mov %%esp, %0":"=r"(esp));
 464         __asm__ __volatile__ ("mov %%ebp, %0":"=r"(ebp));
 465         eip = GetEIP();
 466         if(eip == SWITCH_MAGIC) return; // Check if a switch happened
 467
 468         // Save machine state
 469         gCurrentThread->SavedState.ESP = esp;
 470         gCurrentThread->SavedState.EBP = ebp;
 471         gCurrentThread->SavedState.EIP = eip;
 472
 473         // Get next thread
 474         thread = Threads_GetNextToRun(CPU);
 475
 476         // Error Check
 477         if(thread == NULL) {
 478                 Warning("Hmm... Threads_GetNextToRun returned NULL, I don't think this should happen.\n");
 479                 return;
 480         }
 481
 482         // Set current thread
 483         gCurrentThread = thread;
 484
 485         // Update Kernel Stack pointer
 486         gTSSs[CPU].ESP0 = thread->KernelStack;
 487
 488         // Set address space
 489         __asm__ __volatile__ ("mov %0, %%cr3"::"a"(gCurrentThread->MemState.CR3));
 490         // Switch threads
 491         __asm__ __volatile__ (
 492                 "mov %1, %%esp\n\t"
 493                 "mov %2, %%ebp\n\t"
 494                 "jmp *%3" : :
 495                 "a"(SWITCH_MAGIC), "b"(gCurrentThread->SavedState.ESP),
 496                 "d"(gCurrentThread->SavedState.EBP), "c"(gCurrentThread->SavedState.EIP));
 497         for(;;);        // Shouldn't reach here
 498 }