xref: /DragonOS/kernel/src/arch/x86_64/process/mod.rs (revision 1603395155fc166de0ac5f80369526e196526ed2)
11496ba7bSLoGin use core::{
21496ba7bSLoGin     arch::asm,
31496ba7bSLoGin     intrinsics::unlikely,
41496ba7bSLoGin     mem::ManuallyDrop,
51496ba7bSLoGin     sync::atomic::{compiler_fence, Ordering},
61496ba7bSLoGin };
71496ba7bSLoGin 
8971462beSGnoCiYeH use alloc::{
9971462beSGnoCiYeH     string::String,
10971462beSGnoCiYeH     sync::{Arc, Weak},
11971462beSGnoCiYeH     vec::Vec,
12971462beSGnoCiYeH };
131496ba7bSLoGin 
141496ba7bSLoGin use memoffset::offset_of;
151496ba7bSLoGin use x86::{controlregs::Cr4, segmentation::SegmentSelector};
161496ba7bSLoGin 
171496ba7bSLoGin use crate::{
181496ba7bSLoGin     arch::process::table::TSSManager,
191496ba7bSLoGin     exception::InterruptArch,
203c82aa56SChiichen     kwarn,
211496ba7bSLoGin     libs::spinlock::SpinLockGuard,
221496ba7bSLoGin     mm::{
231496ba7bSLoGin         percpu::{PerCpu, PerCpuVar},
241496ba7bSLoGin         VirtAddr,
251496ba7bSLoGin     },
261496ba7bSLoGin     process::{
27971462beSGnoCiYeH         fork::{CloneFlags, KernelCloneArgs},
28971462beSGnoCiYeH         KernelStack, ProcessControlBlock, ProcessFlags, ProcessManager, SwitchResult,
29971462beSGnoCiYeH         SWITCH_RESULT,
301496ba7bSLoGin     },
311496ba7bSLoGin     syscall::{Syscall, SystemError},
321496ba7bSLoGin };
331496ba7bSLoGin 
341496ba7bSLoGin use self::{
351496ba7bSLoGin     kthread::kernel_thread_bootstrap_stage1,
36971462beSGnoCiYeH     syscall::ARCH_SET_FS,
371496ba7bSLoGin     table::{switch_fs_and_gs, KERNEL_DS, USER_DS},
381496ba7bSLoGin };
391496ba7bSLoGin 
40*16033951SGnoCiYeH use super::{fpu::FpState, interrupt::TrapFrame, syscall::X86_64GSData, CurrentIrqArch};
411496ba7bSLoGin 
421496ba7bSLoGin mod c_adapter;
431496ba7bSLoGin pub mod kthread;
441496ba7bSLoGin pub mod syscall;
451496ba7bSLoGin pub mod table;
461496ba7bSLoGin 
471496ba7bSLoGin extern "C" {
481496ba7bSLoGin     /// 从中断返回
491496ba7bSLoGin     fn ret_from_intr();
501496ba7bSLoGin }
511496ba7bSLoGin 
52de71ec25SLoGin #[allow(dead_code)]
53de71ec25SLoGin #[repr(align(32768))]
54de71ec25SLoGin union InitProcUnion {
55de71ec25SLoGin     /// 用于存放idle进程的内核栈
56de71ec25SLoGin     idle_stack: [u8; 32768],
57de71ec25SLoGin }
58de71ec25SLoGin 
59de71ec25SLoGin #[link_section = ".data.init_proc_union"]
60de71ec25SLoGin #[no_mangle]
61de71ec25SLoGin static BSP_IDLE_STACK_SPACE: InitProcUnion = InitProcUnion {
62de71ec25SLoGin     idle_stack: [0; 32768],
63de71ec25SLoGin };
64de71ec25SLoGin 
651496ba7bSLoGin /// PCB中与架构相关的信息
66*16033951SGnoCiYeH #[derive(Debug)]
671496ba7bSLoGin #[allow(dead_code)]
681496ba7bSLoGin pub struct ArchPCBInfo {
691496ba7bSLoGin     rflags: usize,
701496ba7bSLoGin     rbx: usize,
711496ba7bSLoGin     r12: usize,
721496ba7bSLoGin     r13: usize,
731496ba7bSLoGin     r14: usize,
741496ba7bSLoGin     r15: usize,
751496ba7bSLoGin     rbp: usize,
761496ba7bSLoGin     rsp: usize,
771496ba7bSLoGin     rip: usize,
781496ba7bSLoGin     cr2: usize,
791496ba7bSLoGin     fsbase: usize,
801496ba7bSLoGin     gsbase: usize,
81*16033951SGnoCiYeH     fs: SegmentSelector,
82*16033951SGnoCiYeH     gs: SegmentSelector,
83*16033951SGnoCiYeH     /// 存储PCB系统调用栈以及在syscall过程中暂存用户态rsp的结构体
84*16033951SGnoCiYeH     gsdata: X86_64GSData,
851496ba7bSLoGin     /// 浮点寄存器的状态
861496ba7bSLoGin     fp_state: Option<FpState>,
871496ba7bSLoGin }
881496ba7bSLoGin 
891496ba7bSLoGin #[allow(dead_code)]
901496ba7bSLoGin impl ArchPCBInfo {
911496ba7bSLoGin     /// 创建一个新的ArchPCBInfo
921496ba7bSLoGin     ///
931496ba7bSLoGin     /// ## 参数
941496ba7bSLoGin     ///
951496ba7bSLoGin     /// - `kstack`:内核栈的引用,如果为None,则不会设置rsp和rbp。如果为Some,则会设置rsp和rbp为内核栈的最高地址。
961496ba7bSLoGin     ///
971496ba7bSLoGin     /// ## 返回值
981496ba7bSLoGin     ///
991496ba7bSLoGin     /// 返回一个新的ArchPCBInfo
100*16033951SGnoCiYeH     pub fn new(kstack: &KernelStack) -> Self {
1011496ba7bSLoGin         let mut r = Self {
1021496ba7bSLoGin             rflags: 0,
1031496ba7bSLoGin             rbx: 0,
1041496ba7bSLoGin             r12: 0,
1051496ba7bSLoGin             r13: 0,
1061496ba7bSLoGin             r14: 0,
1071496ba7bSLoGin             r15: 0,
1081496ba7bSLoGin             rbp: 0,
1091496ba7bSLoGin             rsp: 0,
1101496ba7bSLoGin             rip: 0,
1111496ba7bSLoGin             cr2: 0,
1121496ba7bSLoGin             fsbase: 0,
1131496ba7bSLoGin             gsbase: 0,
114*16033951SGnoCiYeH             gsdata: X86_64GSData {
115*16033951SGnoCiYeH                 kaddr: VirtAddr::new(0),
116*16033951SGnoCiYeH                 uaddr: VirtAddr::new(0),
117*16033951SGnoCiYeH             },
118*16033951SGnoCiYeH             fs: KERNEL_DS,
119*16033951SGnoCiYeH             gs: KERNEL_DS,
1201496ba7bSLoGin             fp_state: None,
1211496ba7bSLoGin         };
1221496ba7bSLoGin 
123*16033951SGnoCiYeH         r.rsp = kstack.stack_max_address().data() - 8;
1241496ba7bSLoGin         r.rbp = kstack.stack_max_address().data();
1251496ba7bSLoGin 
1261496ba7bSLoGin         return r;
1271496ba7bSLoGin     }
1281496ba7bSLoGin 
1291496ba7bSLoGin     pub fn set_stack(&mut self, stack: VirtAddr) {
1301496ba7bSLoGin         self.rsp = stack.data();
1311496ba7bSLoGin     }
1321496ba7bSLoGin 
1331496ba7bSLoGin     pub fn set_stack_base(&mut self, stack_base: VirtAddr) {
1341496ba7bSLoGin         self.rbp = stack_base.data();
1351496ba7bSLoGin     }
1361496ba7bSLoGin 
1371496ba7bSLoGin     pub fn rbp(&self) -> usize {
1381496ba7bSLoGin         self.rbp
1391496ba7bSLoGin     }
1401496ba7bSLoGin 
1411496ba7bSLoGin     pub unsafe fn push_to_stack(&mut self, value: usize) {
1421496ba7bSLoGin         self.rsp -= core::mem::size_of::<usize>();
1431496ba7bSLoGin         *(self.rsp as *mut usize) = value;
1441496ba7bSLoGin     }
1451496ba7bSLoGin 
1461496ba7bSLoGin     pub unsafe fn pop_from_stack(&mut self) -> usize {
1471496ba7bSLoGin         let value = *(self.rsp as *const usize);
1481496ba7bSLoGin         self.rsp += core::mem::size_of::<usize>();
1491496ba7bSLoGin         value
1501496ba7bSLoGin     }
1511496ba7bSLoGin 
1521496ba7bSLoGin     pub fn save_fp_state(&mut self) {
1531496ba7bSLoGin         if self.fp_state.is_none() {
1541496ba7bSLoGin             self.fp_state = Some(FpState::new());
1551496ba7bSLoGin         }
1561496ba7bSLoGin 
1571496ba7bSLoGin         self.fp_state.as_mut().unwrap().save();
1581496ba7bSLoGin     }
1591496ba7bSLoGin 
1601496ba7bSLoGin     pub fn restore_fp_state(&mut self) {
1611496ba7bSLoGin         if unlikely(self.fp_state.is_none()) {
1621496ba7bSLoGin             return;
1631496ba7bSLoGin         }
1641496ba7bSLoGin 
1651496ba7bSLoGin         self.fp_state.as_mut().unwrap().restore();
1661496ba7bSLoGin     }
1671496ba7bSLoGin 
1683c82aa56SChiichen     /// 返回浮点寄存器结构体的副本
1693c82aa56SChiichen     pub fn fp_state(&self) -> &Option<FpState> {
1703c82aa56SChiichen         &self.fp_state
1713c82aa56SChiichen     }
1723c82aa56SChiichen 
1733c82aa56SChiichen     // 清空浮点寄存器
1743c82aa56SChiichen     pub fn clear_fp_state(&mut self) {
1753c82aa56SChiichen         if unlikely(self.fp_state.is_none()) {
1763c82aa56SChiichen             kwarn!("fp_state is none");
1773c82aa56SChiichen             return;
1783c82aa56SChiichen         }
1793c82aa56SChiichen 
1803c82aa56SChiichen         self.fp_state.as_mut().unwrap().clear();
1813c82aa56SChiichen     }
1821496ba7bSLoGin     pub unsafe fn save_fsbase(&mut self) {
1831496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1841496ba7bSLoGin             self.fsbase = x86::current::segmentation::rdfsbase() as usize;
1851496ba7bSLoGin         } else {
186*16033951SGnoCiYeH             self.fsbase = x86::msr::rdmsr(x86::msr::IA32_FS_BASE) as usize;
1871496ba7bSLoGin         }
1881496ba7bSLoGin     }
1891496ba7bSLoGin 
1901496ba7bSLoGin     pub unsafe fn save_gsbase(&mut self) {
1911496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1921496ba7bSLoGin             self.gsbase = x86::current::segmentation::rdgsbase() as usize;
1931496ba7bSLoGin         } else {
194*16033951SGnoCiYeH             self.gsbase = x86::msr::rdmsr(x86::msr::IA32_GS_BASE) as usize;
1951496ba7bSLoGin         }
1961496ba7bSLoGin     }
1971496ba7bSLoGin 
1981496ba7bSLoGin     pub unsafe fn restore_fsbase(&mut self) {
1991496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
2001496ba7bSLoGin             x86::current::segmentation::wrfsbase(self.fsbase as u64);
201971462beSGnoCiYeH         } else {
202*16033951SGnoCiYeH             x86::msr::wrmsr(x86::msr::IA32_FS_BASE, self.fsbase as u64);
2031496ba7bSLoGin         }
2041496ba7bSLoGin     }
2051496ba7bSLoGin 
2061496ba7bSLoGin     pub unsafe fn restore_gsbase(&mut self) {
2071496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
2081496ba7bSLoGin             x86::current::segmentation::wrgsbase(self.gsbase as u64);
209971462beSGnoCiYeH         } else {
210*16033951SGnoCiYeH             x86::msr::wrmsr(x86::msr::IA32_GS_BASE, self.gsbase as u64);
2111496ba7bSLoGin         }
2121496ba7bSLoGin     }
2131496ba7bSLoGin 
214*16033951SGnoCiYeH     /// 将gsdata写入KernelGsbase寄存器
215*16033951SGnoCiYeH     pub unsafe fn store_kernel_gsbase(&self) {
216*16033951SGnoCiYeH         x86::msr::wrmsr(
217*16033951SGnoCiYeH             x86::msr::IA32_KERNEL_GSBASE,
218*16033951SGnoCiYeH             &self.gsdata as *const X86_64GSData as u64,
219*16033951SGnoCiYeH         );
220*16033951SGnoCiYeH     }
221*16033951SGnoCiYeH 
222*16033951SGnoCiYeH     /// ### 初始化系统调用栈,不得与PCB内核栈冲突(即传入的应该是一个新的栈,避免栈损坏)
223*16033951SGnoCiYeH     pub fn init_syscall_stack(&mut self, stack: &KernelStack) {
224*16033951SGnoCiYeH         self.gsdata.set_kstack(stack.stack_max_address() - 8);
225*16033951SGnoCiYeH     }
226*16033951SGnoCiYeH 
2271496ba7bSLoGin     pub fn fsbase(&self) -> usize {
2281496ba7bSLoGin         self.fsbase
2291496ba7bSLoGin     }
2301496ba7bSLoGin 
2311496ba7bSLoGin     pub fn gsbase(&self) -> usize {
2321496ba7bSLoGin         self.gsbase
2331496ba7bSLoGin     }
2343c82aa56SChiichen 
2353c82aa56SChiichen     pub fn cr2_mut(&mut self) -> &mut usize {
2363c82aa56SChiichen         &mut self.cr2
2373c82aa56SChiichen     }
2383c82aa56SChiichen 
2393c82aa56SChiichen     pub fn fp_state_mut(&mut self) -> &mut Option<FpState> {
2403c82aa56SChiichen         &mut self.fp_state
2413c82aa56SChiichen     }
242*16033951SGnoCiYeH 
243*16033951SGnoCiYeH     /// ### 克隆ArchPCBInfo,需要注意gsdata也是对应clone的
244*16033951SGnoCiYeH     pub fn clone_all(&self) -> Self {
245*16033951SGnoCiYeH         Self {
246*16033951SGnoCiYeH             rflags: self.rflags,
247*16033951SGnoCiYeH             rbx: self.rbx,
248*16033951SGnoCiYeH             r12: self.r12,
249*16033951SGnoCiYeH             r13: self.r13,
250*16033951SGnoCiYeH             r14: self.r14,
251*16033951SGnoCiYeH             r15: self.r15,
252*16033951SGnoCiYeH             rbp: self.rbp,
253*16033951SGnoCiYeH             rsp: self.rsp,
254*16033951SGnoCiYeH             rip: self.rip,
255*16033951SGnoCiYeH             cr2: self.cr2,
256*16033951SGnoCiYeH             fsbase: self.fsbase,
257*16033951SGnoCiYeH             gsbase: self.gsbase,
258*16033951SGnoCiYeH             fs: self.fs.clone(),
259*16033951SGnoCiYeH             gs: self.gs.clone(),
260*16033951SGnoCiYeH             gsdata: self.gsdata.clone(),
261*16033951SGnoCiYeH             fp_state: self.fp_state,
262*16033951SGnoCiYeH         }
263*16033951SGnoCiYeH     }
264*16033951SGnoCiYeH 
265*16033951SGnoCiYeH     // ### 从另一个ArchPCBInfo处clone,gsdata会被保留
266*16033951SGnoCiYeH     pub fn clone_from(&mut self, from: &Self) {
267*16033951SGnoCiYeH         let gsdata = self.gsdata.clone();
268*16033951SGnoCiYeH         *self = from.clone_all();
269*16033951SGnoCiYeH         self.gsdata = gsdata;
270*16033951SGnoCiYeH     }
2711496ba7bSLoGin }
2721496ba7bSLoGin 
2731496ba7bSLoGin impl ProcessControlBlock {
2741496ba7bSLoGin     /// 获取当前进程的pcb
2751496ba7bSLoGin     pub fn arch_current_pcb() -> Arc<Self> {
2761496ba7bSLoGin         // 获取栈指针
2771496ba7bSLoGin         let ptr = VirtAddr::new(x86::current::registers::rsp() as usize);
2781496ba7bSLoGin         let stack_base = VirtAddr::new(ptr.data() & (!(KernelStack::ALIGN - 1)));
2791496ba7bSLoGin         // 从内核栈的最低地址处取出pcb的地址
2801496ba7bSLoGin         let p = stack_base.data() as *const *const ProcessControlBlock;
2811496ba7bSLoGin         if unlikely((unsafe { *p }).is_null()) {
2821496ba7bSLoGin             panic!("current_pcb is null");
2831496ba7bSLoGin         }
2841496ba7bSLoGin         unsafe {
285971462beSGnoCiYeH             // 为了防止内核栈的pcb weak 指针被释放,这里需要将其包装一下
286971462beSGnoCiYeH             let weak_wrapper: ManuallyDrop<Weak<ProcessControlBlock>> =
287971462beSGnoCiYeH                 ManuallyDrop::new(Weak::from_raw(*p));
2881496ba7bSLoGin 
289971462beSGnoCiYeH             let new_arc: Arc<ProcessControlBlock> = weak_wrapper.upgrade().unwrap();
2901496ba7bSLoGin             return new_arc;
2911496ba7bSLoGin         }
2921496ba7bSLoGin     }
2931496ba7bSLoGin }
2941496ba7bSLoGin 
2951496ba7bSLoGin impl ProcessManager {
2961496ba7bSLoGin     pub fn arch_init() {
2971496ba7bSLoGin         {
2981496ba7bSLoGin             // 初始化进程切换结果 per cpu变量
2991496ba7bSLoGin             let mut switch_res_vec: Vec<SwitchResult> = Vec::new();
3001496ba7bSLoGin             for _ in 0..PerCpu::MAX_CPU_NUM {
3011496ba7bSLoGin                 switch_res_vec.push(SwitchResult::new());
3021496ba7bSLoGin             }
3031496ba7bSLoGin             unsafe {
3041496ba7bSLoGin                 SWITCH_RESULT = Some(PerCpuVar::new(switch_res_vec).unwrap());
3051496ba7bSLoGin             }
3061496ba7bSLoGin         }
3071496ba7bSLoGin     }
3081496ba7bSLoGin     /// fork的过程中复制线程
3091496ba7bSLoGin     ///
3101496ba7bSLoGin     /// 由于这个过程与具体的架构相关,所以放在这里
3111496ba7bSLoGin     pub fn copy_thread(
3121496ba7bSLoGin         current_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>,
3131496ba7bSLoGin         new_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>,
314971462beSGnoCiYeH         clone_args: KernelCloneArgs,
3151496ba7bSLoGin         current_trapframe: &TrapFrame,
3161496ba7bSLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
317971462beSGnoCiYeH         let clone_flags = clone_args.flags;
3181496ba7bSLoGin         let mut child_trapframe = current_trapframe.clone();
3191496ba7bSLoGin 
3201496ba7bSLoGin         // 子进程的返回值为0
3211496ba7bSLoGin         child_trapframe.set_return_value(0);
3221496ba7bSLoGin 
3231496ba7bSLoGin         // 设置子进程的栈基址(开始执行中断返回流程时的栈基址)
3241496ba7bSLoGin         let mut new_arch_guard = new_pcb.arch_info();
3251496ba7bSLoGin         let kernel_stack_guard = new_pcb.kernel_stack();
3261496ba7bSLoGin 
3271496ba7bSLoGin         // 设置子进程在内核态开始执行时的rsp、rbp
3281496ba7bSLoGin         new_arch_guard.set_stack_base(kernel_stack_guard.stack_max_address());
3291496ba7bSLoGin 
3301496ba7bSLoGin         let trap_frame_vaddr: VirtAddr =
3311496ba7bSLoGin             kernel_stack_guard.stack_max_address() - core::mem::size_of::<TrapFrame>();
3321496ba7bSLoGin         new_arch_guard.set_stack(trap_frame_vaddr);
3331496ba7bSLoGin 
3341496ba7bSLoGin         // 拷贝栈帧
3351496ba7bSLoGin         unsafe {
336971462beSGnoCiYeH             let usp = clone_args.stack;
337971462beSGnoCiYeH             if usp != 0 {
338971462beSGnoCiYeH                 child_trapframe.rsp = usp as u64;
339971462beSGnoCiYeH             }
3401496ba7bSLoGin             let trap_frame_ptr = trap_frame_vaddr.data() as *mut TrapFrame;
3411496ba7bSLoGin             *trap_frame_ptr = child_trapframe;
3421496ba7bSLoGin         }
3431496ba7bSLoGin 
3441496ba7bSLoGin         let current_arch_guard = current_pcb.arch_info_irqsave();
3451496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fsbase = current_arch_guard.fsbase;
3461496ba7bSLoGin         new_arch_guard.gsbase = current_arch_guard.gsbase;
3471496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fs = current_arch_guard.fs;
3481496ba7bSLoGin         new_arch_guard.gs = current_arch_guard.gs;
3491496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fp_state = current_arch_guard.fp_state.clone();
3501496ba7bSLoGin 
3511496ba7bSLoGin         // 拷贝浮点寄存器的状态
3521496ba7bSLoGin         if let Some(fp_state) = current_arch_guard.fp_state.as_ref() {
3531496ba7bSLoGin             new_arch_guard.fp_state = Some(*fp_state);
3541496ba7bSLoGin         }
3551496ba7bSLoGin         drop(current_arch_guard);
3561496ba7bSLoGin 
3571496ba7bSLoGin         // 设置返回地址(子进程开始执行的指令地址)
3581496ba7bSLoGin         if new_pcb.flags().contains(ProcessFlags::KTHREAD) {
3591496ba7bSLoGin             let kthread_bootstrap_stage1_func_addr = kernel_thread_bootstrap_stage1 as usize;
3601496ba7bSLoGin             new_arch_guard.rip = kthread_bootstrap_stage1_func_addr;
3611496ba7bSLoGin         } else {
3621496ba7bSLoGin             new_arch_guard.rip = ret_from_intr as usize;
3631496ba7bSLoGin         }
3641496ba7bSLoGin 
365971462beSGnoCiYeH         // 设置tls
366971462beSGnoCiYeH         if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_SETTLS) {
367971462beSGnoCiYeH             drop(new_arch_guard);
368971462beSGnoCiYeH             Syscall::do_arch_prctl_64(new_pcb, ARCH_SET_FS, clone_args.tls, true)?;
369971462beSGnoCiYeH         }
370971462beSGnoCiYeH 
3711496ba7bSLoGin         return Ok(());
3721496ba7bSLoGin     }
3731496ba7bSLoGin 
3741496ba7bSLoGin     /// 切换进程
3751496ba7bSLoGin     ///
3761496ba7bSLoGin     /// ## 参数
3771496ba7bSLoGin     ///
3781496ba7bSLoGin     /// - `prev`:上一个进程的pcb
3791496ba7bSLoGin     /// - `next`:下一个进程的pcb
3801496ba7bSLoGin     pub unsafe fn switch_process(prev: Arc<ProcessControlBlock>, next: Arc<ProcessControlBlock>) {
3811496ba7bSLoGin         assert!(CurrentIrqArch::is_irq_enabled() == false);
3821496ba7bSLoGin 
3831496ba7bSLoGin         // 保存浮点寄存器
3841496ba7bSLoGin         prev.arch_info().save_fp_state();
3851496ba7bSLoGin         // 切换浮点寄存器
3861496ba7bSLoGin         next.arch_info().restore_fp_state();
3871496ba7bSLoGin 
3881496ba7bSLoGin         // 切换fsbase
3891496ba7bSLoGin         prev.arch_info().save_fsbase();
3901496ba7bSLoGin         next.arch_info().restore_fsbase();
3911496ba7bSLoGin 
3921496ba7bSLoGin         // 切换gsbase
393*16033951SGnoCiYeH         Self::switch_gsbase(&prev, &next);
3941496ba7bSLoGin 
3951496ba7bSLoGin         // 切换地址空间
3961496ba7bSLoGin         let next_addr_space = next.basic().user_vm().as_ref().unwrap().clone();
3971496ba7bSLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3981496ba7bSLoGin 
3991496ba7bSLoGin         next_addr_space.read().user_mapper.utable.make_current();
400971462beSGnoCiYeH         drop(next_addr_space);
4011496ba7bSLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4021496ba7bSLoGin         // 切换内核栈
4031496ba7bSLoGin 
4041496ba7bSLoGin         // 获取arch info的锁,并强制泄露其守卫(切换上下文后,在switch_finish_hook中会释放锁)
405971462beSGnoCiYeH         let next_arch = SpinLockGuard::leak(next.arch_info()) as *mut ArchPCBInfo;
406971462beSGnoCiYeH         let prev_arch = SpinLockGuard::leak(prev.arch_info()) as *mut ArchPCBInfo;
4071496ba7bSLoGin 
408971462beSGnoCiYeH         (*prev_arch).rip = switch_back as usize;
4091496ba7bSLoGin 
4101496ba7bSLoGin         // 恢复当前的 preempt count*2
4111496ba7bSLoGin         ProcessManager::current_pcb().preempt_enable();
4121496ba7bSLoGin         ProcessManager::current_pcb().preempt_enable();
4131496ba7bSLoGin 
4141496ba7bSLoGin         // 切换tss
4151496ba7bSLoGin         TSSManager::current_tss().set_rsp(
4161496ba7bSLoGin             x86::Ring::Ring0,
4171496ba7bSLoGin             next.kernel_stack().stack_max_address().data() as u64,
4181496ba7bSLoGin         );
419971462beSGnoCiYeH         SWITCH_RESULT.as_mut().unwrap().get_mut().prev_pcb = Some(prev);
420971462beSGnoCiYeH         SWITCH_RESULT.as_mut().unwrap().get_mut().next_pcb = Some(next);
4211496ba7bSLoGin         // kdebug!("switch tss ok");
422de71ec25SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4231496ba7bSLoGin         // 正式切换上下文
4241496ba7bSLoGin         switch_to_inner(prev_arch, next_arch);
4251496ba7bSLoGin     }
426*16033951SGnoCiYeH 
427*16033951SGnoCiYeH     unsafe fn switch_gsbase(prev: &Arc<ProcessControlBlock>, next: &Arc<ProcessControlBlock>) {
428*16033951SGnoCiYeH         asm!("swapgs", options(nostack, preserves_flags));
429*16033951SGnoCiYeH         prev.arch_info().save_gsbase();
430*16033951SGnoCiYeH         next.arch_info().restore_gsbase();
431*16033951SGnoCiYeH         // 将下一个进程的kstack写入kernel_gsbase
432*16033951SGnoCiYeH         next.arch_info().store_kernel_gsbase();
433*16033951SGnoCiYeH         asm!("swapgs", options(nostack, preserves_flags));
434*16033951SGnoCiYeH     }
4351496ba7bSLoGin }
4361496ba7bSLoGin 
4371496ba7bSLoGin /// 保存上下文,然后切换进程,接着jmp到`switch_finish_hook`钩子函数
4381496ba7bSLoGin #[naked]
439971462beSGnoCiYeH unsafe extern "sysv64" fn switch_to_inner(prev: *mut ArchPCBInfo, next: *mut ArchPCBInfo) {
4401496ba7bSLoGin     asm!(
4411496ba7bSLoGin         // As a quick reminder for those who are unfamiliar with the System V ABI (extern "C"):
4421496ba7bSLoGin         //
4431496ba7bSLoGin         // - the current parameters are passed in the registers `rdi`, `rsi`,
4441496ba7bSLoGin         // - we can modify scratch registers, e.g. rax
4451496ba7bSLoGin         // - we cannot change callee-preserved registers arbitrarily, e.g. rbx, which is why we
4461496ba7bSLoGin         //   store them here in the first place.
4471496ba7bSLoGin         concat!("
4481496ba7bSLoGin         // Save old registers, and load new ones
4491496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rbx}], rbx
4501496ba7bSLoGin         mov rbx, [rsi + {off_rbx}]
4511496ba7bSLoGin 
4521496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r12}], r12
4531496ba7bSLoGin         mov r12, [rsi + {off_r12}]
4541496ba7bSLoGin 
4551496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r13}], r13
4561496ba7bSLoGin         mov r13, [rsi + {off_r13}]
4571496ba7bSLoGin 
4581496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r14}], r14
4591496ba7bSLoGin         mov r14, [rsi + {off_r14}]
4601496ba7bSLoGin 
4611496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r15}], r15
4621496ba7bSLoGin         mov r15, [rsi + {off_r15}]
4631496ba7bSLoGin 
4641496ba7bSLoGin         // switch segment registers (这些寄存器只能通过接下来的switch_hook的return来切换)
4651496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_fs}], fs
4661496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_gs}], gs
4671496ba7bSLoGin 
468971462beSGnoCiYeH         // mov fs, [rsi + {off_fs}]
469971462beSGnoCiYeH         // mov gs, [rsi + {off_gs}]
470971462beSGnoCiYeH 
4711496ba7bSLoGin         push rbp
4721496ba7bSLoGin         push rax
4731496ba7bSLoGin 
4741496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rbp}], rbp
4751496ba7bSLoGin         mov rbp, [rsi + {off_rbp}]
4761496ba7bSLoGin 
4771496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rsp}], rsp
4781496ba7bSLoGin         mov rsp, [rsi + {off_rsp}]
4791496ba7bSLoGin 
4801496ba7bSLoGin         // // push RFLAGS (can only be modified via stack)
4811496ba7bSLoGin         pushfq
4821496ba7bSLoGin         // // pop RFLAGS into `self.rflags`
4831496ba7bSLoGin         pop QWORD PTR [rdi + {off_rflags}]
4841496ba7bSLoGin 
4851496ba7bSLoGin         // // push `next.rflags`
4861496ba7bSLoGin         push QWORD PTR [rsi + {off_rflags}]
4871496ba7bSLoGin         // // pop into RFLAGS
4881496ba7bSLoGin         popfq
4891496ba7bSLoGin 
4901496ba7bSLoGin         // push next rip to stack
4911496ba7bSLoGin         push QWORD PTR [rsi + {off_rip}]
4921496ba7bSLoGin 
4931496ba7bSLoGin 
4941496ba7bSLoGin         // When we return, we cannot even guarantee that the return address on the stack, points to
4951496ba7bSLoGin         // the calling function. Thus, we have to execute this Rust hook by
4961496ba7bSLoGin         // ourselves, which will unlock the contexts before the later switch.
4971496ba7bSLoGin 
4981496ba7bSLoGin         // Note that switch_finish_hook will be responsible for executing `ret`.
4991496ba7bSLoGin         jmp {switch_hook}
5001496ba7bSLoGin         "),
5011496ba7bSLoGin 
5021496ba7bSLoGin         off_rflags = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rflags)),
5031496ba7bSLoGin 
5041496ba7bSLoGin         off_rbx = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rbx)),
5051496ba7bSLoGin         off_r12 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r12)),
5061496ba7bSLoGin         off_r13 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r13)),
5071496ba7bSLoGin         off_r14 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r14)),
5081496ba7bSLoGin         off_rbp = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rbp)),
5091496ba7bSLoGin         off_rsp = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rsp)),
5101496ba7bSLoGin         off_r15 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r15)),
5111496ba7bSLoGin         off_rip = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rip)),
5121496ba7bSLoGin         off_fs = const(offset_of!(ArchPCBInfo, fs)),
5131496ba7bSLoGin         off_gs = const(offset_of!(ArchPCBInfo, gs)),
5141496ba7bSLoGin 
5151496ba7bSLoGin         switch_hook = sym crate::process::switch_finish_hook,
5161496ba7bSLoGin         options(noreturn),
5171496ba7bSLoGin     );
5181496ba7bSLoGin }
5191496ba7bSLoGin 
5201496ba7bSLoGin /// 从`switch_to_inner`返回后,执行这个函数
5211496ba7bSLoGin ///
5221496ba7bSLoGin /// 也就是说,当进程再次被调度时,会从这里开始执行
5231496ba7bSLoGin #[inline(never)]
5241496ba7bSLoGin unsafe extern "sysv64" fn switch_back() {
5251496ba7bSLoGin     asm!(concat!(
5261496ba7bSLoGin         "
5271496ba7bSLoGin         pop rax
5281496ba7bSLoGin         pop rbp
5291496ba7bSLoGin         "
5301496ba7bSLoGin     ))
5311496ba7bSLoGin }
5321496ba7bSLoGin 
5331496ba7bSLoGin pub unsafe fn arch_switch_to_user(path: String, argv: Vec<String>, envp: Vec<String>) -> ! {
5341496ba7bSLoGin     // 以下代码不能发生中断
5351496ba7bSLoGin     CurrentIrqArch::interrupt_disable();
5361496ba7bSLoGin 
5371496ba7bSLoGin     let current_pcb = ProcessManager::current_pcb();
5381496ba7bSLoGin     let trap_frame_vaddr = VirtAddr::new(
5391496ba7bSLoGin         current_pcb.kernel_stack().stack_max_address().data() - core::mem::size_of::<TrapFrame>(),
5401496ba7bSLoGin     );
5411496ba7bSLoGin     // kdebug!("trap_frame_vaddr: {:?}", trap_frame_vaddr);
5421496ba7bSLoGin     let new_rip = VirtAddr::new(ret_from_intr as usize);
5431496ba7bSLoGin 
5441496ba7bSLoGin     assert!(
5451496ba7bSLoGin         (x86::current::registers::rsp() as usize) < trap_frame_vaddr.data(),
5461496ba7bSLoGin         "arch_switch_to_user(): current_rsp >= fake trap
5471496ba7bSLoGin         frame vaddr, this may cause some illegal access to memory!
5481496ba7bSLoGin         rsp: {:#x}, trap_frame_vaddr: {:#x}",
5491496ba7bSLoGin         x86::current::registers::rsp() as usize,
5501496ba7bSLoGin         trap_frame_vaddr.data()
5511496ba7bSLoGin     );
5521496ba7bSLoGin 
5531496ba7bSLoGin     let mut arch_guard = current_pcb.arch_info_irqsave();
5541496ba7bSLoGin     arch_guard.rsp = trap_frame_vaddr.data();
5551496ba7bSLoGin 
556*16033951SGnoCiYeH     arch_guard.fs = USER_DS;
557*16033951SGnoCiYeH     arch_guard.gs = USER_DS;
558*16033951SGnoCiYeH 
559*16033951SGnoCiYeH     // 将内核gs数据压进cpu
560*16033951SGnoCiYeH     arch_guard.store_kernel_gsbase();
5611496ba7bSLoGin 
5621496ba7bSLoGin     switch_fs_and_gs(
563*16033951SGnoCiYeH         SegmentSelector::from_bits_truncate(arch_guard.fs.bits()),
564*16033951SGnoCiYeH         SegmentSelector::from_bits_truncate(arch_guard.gs.bits()),
5651496ba7bSLoGin     );
5661496ba7bSLoGin     arch_guard.rip = new_rip.data();
5671496ba7bSLoGin 
5681496ba7bSLoGin     drop(arch_guard);
5691496ba7bSLoGin 
5701496ba7bSLoGin     // 删除kthread的标志
5711496ba7bSLoGin     current_pcb.flags().remove(ProcessFlags::KTHREAD);
5721496ba7bSLoGin     current_pcb.worker_private().take();
5731496ba7bSLoGin 
5741496ba7bSLoGin     let mut trap_frame = TrapFrame::new();
5751496ba7bSLoGin 
5761496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5771496ba7bSLoGin     Syscall::do_execve(path, argv, envp, &mut trap_frame).unwrap_or_else(|e| {
5781496ba7bSLoGin         panic!(
5791496ba7bSLoGin             "arch_switch_to_user(): pid: {pid:?}, Failed to execve: , error: {e:?}",
5801496ba7bSLoGin             pid = current_pcb.pid(),
5811496ba7bSLoGin             e = e
5821496ba7bSLoGin         );
5831496ba7bSLoGin     });
5841496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5851496ba7bSLoGin 
5861496ba7bSLoGin     // 重要!在这里之后,一定要保证上面的引用计数变量、动态申请的变量、锁的守卫都被drop了,否则可能导致内存安全问题!
5871496ba7bSLoGin 
5881496ba7bSLoGin     drop(current_pcb);
5891496ba7bSLoGin 
5901496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5911496ba7bSLoGin     ready_to_switch_to_user(trap_frame, trap_frame_vaddr.data(), new_rip.data());
5921496ba7bSLoGin }
5931496ba7bSLoGin 
5941496ba7bSLoGin /// 由于需要依赖ret来切换到用户态,所以不能inline
5951496ba7bSLoGin #[inline(never)]
5961496ba7bSLoGin unsafe extern "sysv64" fn ready_to_switch_to_user(
5971496ba7bSLoGin     trap_frame: TrapFrame,
5981496ba7bSLoGin     trapframe_vaddr: usize,
5991496ba7bSLoGin     new_rip: usize,
6001496ba7bSLoGin ) -> ! {
6011496ba7bSLoGin     *(trapframe_vaddr as *mut TrapFrame) = trap_frame;
6021496ba7bSLoGin     asm!(
603*16033951SGnoCiYeH         "swapgs",
6041496ba7bSLoGin         "mov rsp, {trapframe_vaddr}",
6051496ba7bSLoGin         "push {new_rip}",
6061496ba7bSLoGin         "ret",
6071496ba7bSLoGin         trapframe_vaddr = in(reg) trapframe_vaddr,
6081496ba7bSLoGin         new_rip = in(reg) new_rip
6091496ba7bSLoGin     );
6101496ba7bSLoGin     unreachable!()
6111496ba7bSLoGin }
612