xref: /DragonOS/kernel/src/arch/x86_64/process/mod.rs (revision 3959e94df38073fdb80b199777015f95611ba05f)
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 
147b32f508SLoGin use kdepends::memoffset::offset_of;
1591e9d4abSLoGin use system_error::SystemError;
161496ba7bSLoGin use x86::{controlregs::Cr4, segmentation::SegmentSelector};
171496ba7bSLoGin 
181496ba7bSLoGin use crate::{
191496ba7bSLoGin     arch::process::table::TSSManager,
201496ba7bSLoGin     exception::InterruptArch,
214fda81ceSLoGin     kerror, kwarn,
221496ba7bSLoGin     libs::spinlock::SpinLockGuard,
2340169973SLoGin     mm::VirtAddr,
241496ba7bSLoGin     process::{
25971462beSGnoCiYeH         fork::{CloneFlags, KernelCloneArgs},
2640169973SLoGin         KernelStack, ProcessControlBlock, ProcessFlags, ProcessManager, PROCESS_SWITCH_RESULT,
271496ba7bSLoGin     },
2891e9d4abSLoGin     syscall::Syscall,
291496ba7bSLoGin };
301496ba7bSLoGin 
311496ba7bSLoGin use self::{
321496ba7bSLoGin     kthread::kernel_thread_bootstrap_stage1,
33971462beSGnoCiYeH     syscall::ARCH_SET_FS,
341496ba7bSLoGin     table::{switch_fs_and_gs, KERNEL_DS, USER_DS},
351496ba7bSLoGin };
361496ba7bSLoGin 
3716033951SGnoCiYeH use super::{fpu::FpState, interrupt::TrapFrame, syscall::X86_64GSData, CurrentIrqArch};
381496ba7bSLoGin 
395b59005fSLoGin pub mod idle;
401496ba7bSLoGin pub mod kthread;
411496ba7bSLoGin pub mod syscall;
421496ba7bSLoGin pub mod table;
431496ba7bSLoGin 
441496ba7bSLoGin extern "C" {
451496ba7bSLoGin     /// 从中断返回
461496ba7bSLoGin     fn ret_from_intr();
471496ba7bSLoGin }
481496ba7bSLoGin 
49de71ec25SLoGin #[allow(dead_code)]
50de71ec25SLoGin #[repr(align(32768))]
51de71ec25SLoGin union InitProcUnion {
52de71ec25SLoGin     /// 用于存放idle进程的内核栈
53de71ec25SLoGin     idle_stack: [u8; 32768],
54de71ec25SLoGin }
55de71ec25SLoGin 
56de71ec25SLoGin #[link_section = ".data.init_proc_union"]
57de71ec25SLoGin #[no_mangle]
58de71ec25SLoGin static BSP_IDLE_STACK_SPACE: InitProcUnion = InitProcUnion {
59de71ec25SLoGin     idle_stack: [0; 32768],
60de71ec25SLoGin };
61de71ec25SLoGin 
621496ba7bSLoGin /// PCB中与架构相关的信息
6316033951SGnoCiYeH #[derive(Debug)]
641496ba7bSLoGin #[allow(dead_code)]
651496ba7bSLoGin pub struct ArchPCBInfo {
661496ba7bSLoGin     rflags: usize,
671496ba7bSLoGin     rbx: usize,
681496ba7bSLoGin     r12: usize,
691496ba7bSLoGin     r13: usize,
701496ba7bSLoGin     r14: usize,
711496ba7bSLoGin     r15: usize,
721496ba7bSLoGin     rbp: usize,
731496ba7bSLoGin     rsp: usize,
741496ba7bSLoGin     rip: usize,
751496ba7bSLoGin     cr2: usize,
761496ba7bSLoGin     fsbase: usize,
771496ba7bSLoGin     gsbase: usize,
7816033951SGnoCiYeH     fs: SegmentSelector,
7916033951SGnoCiYeH     gs: SegmentSelector,
8016033951SGnoCiYeH     /// 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
8116033951SGnoCiYeH     gsdata: X86_64GSData,
821496ba7bSLoGin     /// 浮点寄存器的状态
831496ba7bSLoGin     fp_state: Option<FpState>,
841496ba7bSLoGin }
851496ba7bSLoGin 
861496ba7bSLoGin #[allow(dead_code)]
871496ba7bSLoGin impl ArchPCBInfo {
881496ba7bSLoGin     /// 创建一个新的ArchPCBInfo
891496ba7bSLoGin     ///
901496ba7bSLoGin     /// ## 参数
911496ba7bSLoGin     ///
921496ba7bSLoGin     /// - `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。
931496ba7bSLoGin     ///
941496ba7bSLoGin     /// ## 返回值
951496ba7bSLoGin     ///
961496ba7bSLoGin     /// 返回一个新的ArchPCBInfo
970d6cf65aSLoGin     #[inline(never)]
9816033951SGnoCiYeH     pub fn new(kstack: &KernelStack) -> Self {
991496ba7bSLoGin         let mut r = Self {
1001496ba7bSLoGin             rflags: 0,
1011496ba7bSLoGin             rbx: 0,
1021496ba7bSLoGin             r12: 0,
1031496ba7bSLoGin             r13: 0,
1041496ba7bSLoGin             r14: 0,
1051496ba7bSLoGin             r15: 0,
1061496ba7bSLoGin             rbp: 0,
1071496ba7bSLoGin             rsp: 0,
1081496ba7bSLoGin             rip: 0,
1091496ba7bSLoGin             cr2: 0,
1101496ba7bSLoGin             fsbase: 0,
1111496ba7bSLoGin             gsbase: 0,
11216033951SGnoCiYeH             gsdata: X86_64GSData {
11316033951SGnoCiYeH                 kaddr: VirtAddr::new(0),
11416033951SGnoCiYeH                 uaddr: VirtAddr::new(0),
11516033951SGnoCiYeH             },
11616033951SGnoCiYeH             fs: KERNEL_DS,
11716033951SGnoCiYeH             gs: KERNEL_DS,
1181496ba7bSLoGin             fp_state: None,
1191496ba7bSLoGin         };
1201496ba7bSLoGin 
12116033951SGnoCiYeH         r.rsp = kstack.stack_max_address().data() - 8;
1221496ba7bSLoGin         r.rbp = kstack.stack_max_address().data();
1231496ba7bSLoGin 
1241496ba7bSLoGin         return r;
1251496ba7bSLoGin     }
1261496ba7bSLoGin 
1271496ba7bSLoGin     pub fn set_stack(&mut self, stack: VirtAddr) {
1281496ba7bSLoGin         self.rsp = stack.data();
1291496ba7bSLoGin     }
1301496ba7bSLoGin 
1311496ba7bSLoGin     pub fn set_stack_base(&mut self, stack_base: VirtAddr) {
1321496ba7bSLoGin         self.rbp = stack_base.data();
1331496ba7bSLoGin     }
1341496ba7bSLoGin 
1351496ba7bSLoGin     pub fn rbp(&self) -> usize {
1361496ba7bSLoGin         self.rbp
1371496ba7bSLoGin     }
1381496ba7bSLoGin 
1391496ba7bSLoGin     pub unsafe fn push_to_stack(&mut self, value: usize) {
1401496ba7bSLoGin         self.rsp -= core::mem::size_of::<usize>();
1411496ba7bSLoGin         *(self.rsp as *mut usize) = value;
1421496ba7bSLoGin     }
1431496ba7bSLoGin 
1441496ba7bSLoGin     pub unsafe fn pop_from_stack(&mut self) -> usize {
1451496ba7bSLoGin         let value = *(self.rsp as *const usize);
1461496ba7bSLoGin         self.rsp += core::mem::size_of::<usize>();
1471496ba7bSLoGin         value
1481496ba7bSLoGin     }
1491496ba7bSLoGin 
1501496ba7bSLoGin     pub fn save_fp_state(&mut self) {
1511496ba7bSLoGin         if self.fp_state.is_none() {
1521496ba7bSLoGin             self.fp_state = Some(FpState::new());
1531496ba7bSLoGin         }
1541496ba7bSLoGin 
1551496ba7bSLoGin         self.fp_state.as_mut().unwrap().save();
1561496ba7bSLoGin     }
1571496ba7bSLoGin 
1581496ba7bSLoGin     pub fn restore_fp_state(&mut self) {
1591496ba7bSLoGin         if unlikely(self.fp_state.is_none()) {
1601496ba7bSLoGin             return;
1611496ba7bSLoGin         }
1621496ba7bSLoGin 
1631496ba7bSLoGin         self.fp_state.as_mut().unwrap().restore();
1641496ba7bSLoGin     }
1651496ba7bSLoGin 
1663c82aa56SChiichen     /// 返回浮点寄存器结构体的副本
1673c82aa56SChiichen     pub fn fp_state(&self) -> &Option<FpState> {
1683c82aa56SChiichen         &self.fp_state
1693c82aa56SChiichen     }
1703c82aa56SChiichen 
1713c82aa56SChiichen     // 清空浮点寄存器
1723c82aa56SChiichen     pub fn clear_fp_state(&mut self) {
1733c82aa56SChiichen         if unlikely(self.fp_state.is_none()) {
1743c82aa56SChiichen             kwarn!("fp_state is none");
1753c82aa56SChiichen             return;
1763c82aa56SChiichen         }
1773c82aa56SChiichen 
1783c82aa56SChiichen         self.fp_state.as_mut().unwrap().clear();
1793c82aa56SChiichen     }
1801496ba7bSLoGin     pub unsafe fn save_fsbase(&mut self) {
1811496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1821496ba7bSLoGin             self.fsbase = x86::current::segmentation::rdfsbase() as usize;
1831496ba7bSLoGin         } else {
18416033951SGnoCiYeH             self.fsbase = x86::msr::rdmsr(x86::msr::IA32_FS_BASE) as usize;
1851496ba7bSLoGin         }
1861496ba7bSLoGin     }
1871496ba7bSLoGin 
1881496ba7bSLoGin     pub unsafe fn save_gsbase(&mut self) {
1891496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1901496ba7bSLoGin             self.gsbase = x86::current::segmentation::rdgsbase() as usize;
1911496ba7bSLoGin         } else {
19216033951SGnoCiYeH             self.gsbase = x86::msr::rdmsr(x86::msr::IA32_GS_BASE) as usize;
1931496ba7bSLoGin         }
1941496ba7bSLoGin     }
1951496ba7bSLoGin 
1961496ba7bSLoGin     pub unsafe fn restore_fsbase(&mut self) {
1971496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1981496ba7bSLoGin             x86::current::segmentation::wrfsbase(self.fsbase as u64);
199971462beSGnoCiYeH         } else {
20016033951SGnoCiYeH             x86::msr::wrmsr(x86::msr::IA32_FS_BASE, self.fsbase as u64);
2011496ba7bSLoGin         }
2021496ba7bSLoGin     }
2031496ba7bSLoGin 
2041496ba7bSLoGin     pub unsafe fn restore_gsbase(&mut self) {
2051496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
2061496ba7bSLoGin             x86::current::segmentation::wrgsbase(self.gsbase as u64);
207971462beSGnoCiYeH         } else {
20816033951SGnoCiYeH             x86::msr::wrmsr(x86::msr::IA32_GS_BASE, self.gsbase as u64);
2091496ba7bSLoGin         }
2101496ba7bSLoGin     }
2111496ba7bSLoGin 
21216033951SGnoCiYeH     /// 将gsdata写入KernelGsbase寄存器
21316033951SGnoCiYeH     pub unsafe fn store_kernel_gsbase(&self) {
21416033951SGnoCiYeH         x86::msr::wrmsr(
21516033951SGnoCiYeH             x86::msr::IA32_KERNEL_GSBASE,
21616033951SGnoCiYeH             &self.gsdata as *const X86_64GSData as u64,
21716033951SGnoCiYeH         );
21816033951SGnoCiYeH     }
21916033951SGnoCiYeH 
22016033951SGnoCiYeH     /// ### 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)
22116033951SGnoCiYeH     pub fn init_syscall_stack(&mut self, stack: &KernelStack) {
22216033951SGnoCiYeH         self.gsdata.set_kstack(stack.stack_max_address() - 8);
22316033951SGnoCiYeH     }
22416033951SGnoCiYeH 
2251496ba7bSLoGin     pub fn fsbase(&self) -> usize {
2261496ba7bSLoGin         self.fsbase
2271496ba7bSLoGin     }
2281496ba7bSLoGin 
2291496ba7bSLoGin     pub fn gsbase(&self) -> usize {
2301496ba7bSLoGin         self.gsbase
2311496ba7bSLoGin     }
2323c82aa56SChiichen 
2333c82aa56SChiichen     pub fn cr2_mut(&mut self) -> &mut usize {
2343c82aa56SChiichen         &mut self.cr2
2353c82aa56SChiichen     }
2363c82aa56SChiichen 
2373c82aa56SChiichen     pub fn fp_state_mut(&mut self) -> &mut Option<FpState> {
2383c82aa56SChiichen         &mut self.fp_state
2393c82aa56SChiichen     }
24016033951SGnoCiYeH 
24116033951SGnoCiYeH     /// ### 克隆ArchPCBInfo,需要注意gsdata也是对应clone的
24216033951SGnoCiYeH     pub fn clone_all(&self) -> Self {
24316033951SGnoCiYeH         Self {
24416033951SGnoCiYeH             rflags: self.rflags,
24516033951SGnoCiYeH             rbx: self.rbx,
24616033951SGnoCiYeH             r12: self.r12,
24716033951SGnoCiYeH             r13: self.r13,
24816033951SGnoCiYeH             r14: self.r14,
24916033951SGnoCiYeH             r15: self.r15,
25016033951SGnoCiYeH             rbp: self.rbp,
25116033951SGnoCiYeH             rsp: self.rsp,
25216033951SGnoCiYeH             rip: self.rip,
25316033951SGnoCiYeH             cr2: self.cr2,
25416033951SGnoCiYeH             fsbase: self.fsbase,
25516033951SGnoCiYeH             gsbase: self.gsbase,
256b5b571e0SLoGin             fs: self.fs,
257b5b571e0SLoGin             gs: self.gs,
25816033951SGnoCiYeH             gsdata: self.gsdata.clone(),
25916033951SGnoCiYeH             fp_state: self.fp_state,
26016033951SGnoCiYeH         }
26116033951SGnoCiYeH     }
26216033951SGnoCiYeH 
26316033951SGnoCiYeH     // ### 从另一个ArchPCBInfo处clone,gsdata会被保留
26416033951SGnoCiYeH     pub fn clone_from(&mut self, from: &Self) {
26516033951SGnoCiYeH         let gsdata = self.gsdata.clone();
26616033951SGnoCiYeH         *self = from.clone_all();
26716033951SGnoCiYeH         self.gsdata = gsdata;
26816033951SGnoCiYeH     }
2691496ba7bSLoGin }
2701496ba7bSLoGin 
2711496ba7bSLoGin impl ProcessControlBlock {
2721496ba7bSLoGin     /// 获取当前进程的pcb
2731496ba7bSLoGin     pub fn arch_current_pcb() -> Arc<Self> {
2741496ba7bSLoGin         // 获取栈指针
2751496ba7bSLoGin         let ptr = VirtAddr::new(x86::current::registers::rsp() as usize);
2764fda81ceSLoGin 
2771496ba7bSLoGin         let stack_base = VirtAddr::new(ptr.data() & (!(KernelStack::ALIGN - 1)));
2784fda81ceSLoGin 
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()) {
2824fda81ceSLoGin             kerror!("p={:p}", p);
2831496ba7bSLoGin             panic!("current_pcb is null");
2841496ba7bSLoGin         }
2851496ba7bSLoGin         unsafe {
286971462beSGnoCiYeH             // 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
287971462beSGnoCiYeH             let weak_wrapper: ManuallyDrop<Weak<ProcessControlBlock>> =
288971462beSGnoCiYeH                 ManuallyDrop::new(Weak::from_raw(*p));
2891496ba7bSLoGin 
290971462beSGnoCiYeH             let new_arc: Arc<ProcessControlBlock> = weak_wrapper.upgrade().unwrap();
2911496ba7bSLoGin             return new_arc;
2921496ba7bSLoGin         }
2931496ba7bSLoGin     }
2941496ba7bSLoGin }
2951496ba7bSLoGin 
2961496ba7bSLoGin impl ProcessManager {
2971496ba7bSLoGin     pub fn arch_init() {
29840169973SLoGin         // do nothing
2991496ba7bSLoGin     }
3001496ba7bSLoGin     /// fork的过程中复制线程
3011496ba7bSLoGin     ///
3021496ba7bSLoGin     /// 由于这个过程与具体的架构相关,所以放在这里
3031496ba7bSLoGin     pub fn copy_thread(
3041496ba7bSLoGin         current_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>,
3051496ba7bSLoGin         new_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>,
306971462beSGnoCiYeH         clone_args: KernelCloneArgs,
3071496ba7bSLoGin         current_trapframe: &TrapFrame,
3081496ba7bSLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
309971462beSGnoCiYeH         let clone_flags = clone_args.flags;
310b5b571e0SLoGin         let mut child_trapframe = *current_trapframe;
3111496ba7bSLoGin 
3121496ba7bSLoGin         // 子进程的返回值为0
3131496ba7bSLoGin         child_trapframe.set_return_value(0);
3141496ba7bSLoGin 
3151496ba7bSLoGin         // 设置子进程的栈基址(开始执行中断返回流程时的栈基址)
3160d6cf65aSLoGin         let mut new_arch_guard = unsafe { new_pcb.arch_info() };
3171496ba7bSLoGin         let kernel_stack_guard = new_pcb.kernel_stack();
3181496ba7bSLoGin 
3191496ba7bSLoGin         // 设置子进程在内核态开始执行时的rsp、rbp
3201496ba7bSLoGin         new_arch_guard.set_stack_base(kernel_stack_guard.stack_max_address());
3211496ba7bSLoGin 
3221496ba7bSLoGin         let trap_frame_vaddr: VirtAddr =
3231496ba7bSLoGin             kernel_stack_guard.stack_max_address() - core::mem::size_of::<TrapFrame>();
3241496ba7bSLoGin         new_arch_guard.set_stack(trap_frame_vaddr);
3251496ba7bSLoGin 
3261496ba7bSLoGin         // 拷贝栈帧
3271496ba7bSLoGin         unsafe {
328971462beSGnoCiYeH             let usp = clone_args.stack;
329971462beSGnoCiYeH             if usp != 0 {
330971462beSGnoCiYeH                 child_trapframe.rsp = usp as u64;
331971462beSGnoCiYeH             }
3321496ba7bSLoGin             let trap_frame_ptr = trap_frame_vaddr.data() as *mut TrapFrame;
3331496ba7bSLoGin             *trap_frame_ptr = child_trapframe;
3341496ba7bSLoGin         }
3351496ba7bSLoGin 
3361496ba7bSLoGin         let current_arch_guard = current_pcb.arch_info_irqsave();
3371496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fsbase = current_arch_guard.fsbase;
3381496ba7bSLoGin         new_arch_guard.gsbase = current_arch_guard.gsbase;
3391496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fs = current_arch_guard.fs;
3401496ba7bSLoGin         new_arch_guard.gs = current_arch_guard.gs;
341b5b571e0SLoGin         new_arch_guard.fp_state = current_arch_guard.fp_state;
3421496ba7bSLoGin 
3431496ba7bSLoGin         // 拷贝浮点寄存器的状态
3441496ba7bSLoGin         if let Some(fp_state) = current_arch_guard.fp_state.as_ref() {
3451496ba7bSLoGin             new_arch_guard.fp_state = Some(*fp_state);
3461496ba7bSLoGin         }
3471496ba7bSLoGin         drop(current_arch_guard);
3481496ba7bSLoGin 
3491496ba7bSLoGin         // 设置返回地址(子进程开始执行的指令地址)
3501496ba7bSLoGin         if new_pcb.flags().contains(ProcessFlags::KTHREAD) {
3511496ba7bSLoGin             let kthread_bootstrap_stage1_func_addr = kernel_thread_bootstrap_stage1 as usize;
3521496ba7bSLoGin             new_arch_guard.rip = kthread_bootstrap_stage1_func_addr;
3531496ba7bSLoGin         } else {
3541496ba7bSLoGin             new_arch_guard.rip = ret_from_intr as usize;
3551496ba7bSLoGin         }
3561496ba7bSLoGin 
357971462beSGnoCiYeH         // 设置tls
358971462beSGnoCiYeH         if clone_flags.contains(CloneFlags::CLONE_SETTLS) {
359971462beSGnoCiYeH             drop(new_arch_guard);
360971462beSGnoCiYeH             Syscall::do_arch_prctl_64(new_pcb, ARCH_SET_FS, clone_args.tls, true)?;
361971462beSGnoCiYeH         }
362971462beSGnoCiYeH 
3631496ba7bSLoGin         return Ok(());
3641496ba7bSLoGin     }
3651496ba7bSLoGin 
3661496ba7bSLoGin     /// 切换进程
3671496ba7bSLoGin     ///
3681496ba7bSLoGin     /// ## 参数
3691496ba7bSLoGin     ///
3701496ba7bSLoGin     /// - `prev`:上一个进程的pcb
3711496ba7bSLoGin     /// - `next`:下一个进程的pcb
3721496ba7bSLoGin     pub unsafe fn switch_process(prev: Arc<ProcessControlBlock>, next: Arc<ProcessControlBlock>) {
373b5b571e0SLoGin         assert!(!CurrentIrqArch::is_irq_enabled());
3741496ba7bSLoGin 
3751496ba7bSLoGin         // 保存浮点寄存器
3760d6cf65aSLoGin         prev.arch_info_irqsave().save_fp_state();
3771496ba7bSLoGin         // 切换浮点寄存器
3780d6cf65aSLoGin         next.arch_info_irqsave().restore_fp_state();
3791496ba7bSLoGin 
3801496ba7bSLoGin         // 切换fsbase
3810d6cf65aSLoGin         prev.arch_info_irqsave().save_fsbase();
3820d6cf65aSLoGin         next.arch_info_irqsave().restore_fsbase();
3831496ba7bSLoGin 
3841496ba7bSLoGin         // 切换gsbase
38516033951SGnoCiYeH         Self::switch_gsbase(&prev, &next);
3861496ba7bSLoGin 
3871496ba7bSLoGin         // 切换地址空间
3881496ba7bSLoGin         let next_addr_space = next.basic().user_vm().as_ref().unwrap().clone();
3891496ba7bSLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3901496ba7bSLoGin 
3911496ba7bSLoGin         next_addr_space.read().user_mapper.utable.make_current();
392971462beSGnoCiYeH         drop(next_addr_space);
3931496ba7bSLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3941496ba7bSLoGin         // 切换内核栈
3951496ba7bSLoGin 
3961496ba7bSLoGin         // 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)
3970d6cf65aSLoGin         let next_arch = SpinLockGuard::leak(next.arch_info_irqsave()) as *mut ArchPCBInfo;
3980d6cf65aSLoGin         let prev_arch = SpinLockGuard::leak(prev.arch_info_irqsave()) as *mut ArchPCBInfo;
3991496ba7bSLoGin 
400971462beSGnoCiYeH         (*prev_arch).rip = switch_back as usize;
4011496ba7bSLoGin 
4021496ba7bSLoGin         // 恢复当前的 preempt count*2
4031496ba7bSLoGin         ProcessManager::current_pcb().preempt_enable();
4041496ba7bSLoGin         ProcessManager::current_pcb().preempt_enable();
4051496ba7bSLoGin 
4061496ba7bSLoGin         // 切换tss
4071496ba7bSLoGin         TSSManager::current_tss().set_rsp(
4081496ba7bSLoGin             x86::Ring::Ring0,
4091496ba7bSLoGin             next.kernel_stack().stack_max_address().data() as u64,
4101496ba7bSLoGin         );
41140169973SLoGin         PROCESS_SWITCH_RESULT.as_mut().unwrap().get_mut().prev_pcb = Some(prev);
41240169973SLoGin         PROCESS_SWITCH_RESULT.as_mut().unwrap().get_mut().next_pcb = Some(next);
4131496ba7bSLoGin         // kdebug!("switch tss ok");
414de71ec25SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4151496ba7bSLoGin         // 正式切换上下文
4161496ba7bSLoGin         switch_to_inner(prev_arch, next_arch);
4171496ba7bSLoGin     }
41816033951SGnoCiYeH 
41916033951SGnoCiYeH     unsafe fn switch_gsbase(prev: &Arc<ProcessControlBlock>, next: &Arc<ProcessControlBlock>) {
42016033951SGnoCiYeH         asm!("swapgs", options(nostack, preserves_flags));
4210d6cf65aSLoGin         prev.arch_info_irqsave().save_gsbase();
4220d6cf65aSLoGin         next.arch_info_irqsave().restore_gsbase();
42316033951SGnoCiYeH         // 将下一个进程的kstack写入kernel_gsbase
4240d6cf65aSLoGin         next.arch_info_irqsave().store_kernel_gsbase();
42516033951SGnoCiYeH         asm!("swapgs", options(nostack, preserves_flags));
42616033951SGnoCiYeH     }
4271496ba7bSLoGin }
4281496ba7bSLoGin 
4291496ba7bSLoGin /// 保存上下文,然后切换进程,接着jmp到`switch_finish_hook`钩子函数
4301496ba7bSLoGin #[naked]
431971462beSGnoCiYeH unsafe extern "sysv64" fn switch_to_inner(prev: *mut ArchPCBInfo, next: *mut ArchPCBInfo) {
4321496ba7bSLoGin     asm!(
4331496ba7bSLoGin         // As a quick reminder for those who are unfamiliar with the System V ABI (extern "C"):
4341496ba7bSLoGin         //
4351496ba7bSLoGin         // - the current parameters are passed in the registers `rdi`, `rsi`,
4361496ba7bSLoGin         // - we can modify scratch registers, e.g. rax
4371496ba7bSLoGin         // - we cannot change callee-preserved registers arbitrarily, e.g. rbx, which is why we
4381496ba7bSLoGin         //   store them here in the first place.
4391496ba7bSLoGin         concat!("
4401496ba7bSLoGin         // Save old registers, and load new ones
4411496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rbx}], rbx
4421496ba7bSLoGin         mov rbx, [rsi + {off_rbx}]
4431496ba7bSLoGin 
4441496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r12}], r12
4451496ba7bSLoGin         mov r12, [rsi + {off_r12}]
4461496ba7bSLoGin 
4471496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r13}], r13
4481496ba7bSLoGin         mov r13, [rsi + {off_r13}]
4491496ba7bSLoGin 
4501496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r14}], r14
4511496ba7bSLoGin         mov r14, [rsi + {off_r14}]
4521496ba7bSLoGin 
4531496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r15}], r15
4541496ba7bSLoGin         mov r15, [rsi + {off_r15}]
4551496ba7bSLoGin 
4561496ba7bSLoGin         // switch segment registers (这些寄存器只能通过接下来的switch_hook的return来切换)
4571496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_fs}], fs
4581496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_gs}], gs
4591496ba7bSLoGin 
460971462beSGnoCiYeH         // mov fs, [rsi + {off_fs}]
461971462beSGnoCiYeH         // mov gs, [rsi + {off_gs}]
462971462beSGnoCiYeH 
4631496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rbp}], rbp
4641496ba7bSLoGin         mov rbp, [rsi + {off_rbp}]
4651496ba7bSLoGin 
4661496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rsp}], rsp
4671496ba7bSLoGin         mov rsp, [rsi + {off_rsp}]
4681496ba7bSLoGin 
4691496ba7bSLoGin         // // push RFLAGS (can only be modified via stack)
4701496ba7bSLoGin         pushfq
4711496ba7bSLoGin         // // pop RFLAGS into `self.rflags`
4721496ba7bSLoGin         pop QWORD PTR [rdi + {off_rflags}]
4731496ba7bSLoGin 
4741496ba7bSLoGin         // // push `next.rflags`
4751496ba7bSLoGin         push QWORD PTR [rsi + {off_rflags}]
4761496ba7bSLoGin         // // pop into RFLAGS
4771496ba7bSLoGin         popfq
4781496ba7bSLoGin 
4791496ba7bSLoGin         // push next rip to stack
4801496ba7bSLoGin         push QWORD PTR [rsi + {off_rip}]
4811496ba7bSLoGin 
4821496ba7bSLoGin 
4831496ba7bSLoGin         // When we return, we cannot even guarantee that the return address on the stack, points to
4841496ba7bSLoGin         // the calling function. Thus, we have to execute this Rust hook by
4851496ba7bSLoGin         // ourselves, which will unlock the contexts before the later switch.
4861496ba7bSLoGin 
4871496ba7bSLoGin         // Note that switch_finish_hook will be responsible for executing `ret`.
4881496ba7bSLoGin         jmp {switch_hook}
4891496ba7bSLoGin         "),
4901496ba7bSLoGin 
4911496ba7bSLoGin         off_rflags = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rflags)),
4921496ba7bSLoGin 
4931496ba7bSLoGin         off_rbx = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rbx)),
4941496ba7bSLoGin         off_r12 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r12)),
4951496ba7bSLoGin         off_r13 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r13)),
4961496ba7bSLoGin         off_r14 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r14)),
4971496ba7bSLoGin         off_rbp = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rbp)),
4981496ba7bSLoGin         off_rsp = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rsp)),
4991496ba7bSLoGin         off_r15 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r15)),
5001496ba7bSLoGin         off_rip = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rip)),
5011496ba7bSLoGin         off_fs = const(offset_of!(ArchPCBInfo, fs)),
5021496ba7bSLoGin         off_gs = const(offset_of!(ArchPCBInfo, gs)),
5031496ba7bSLoGin 
5041496ba7bSLoGin         switch_hook = sym crate::process::switch_finish_hook,
5051496ba7bSLoGin         options(noreturn),
5061496ba7bSLoGin     );
5071496ba7bSLoGin }
5081496ba7bSLoGin 
509*3959e94dS曾俊 #[naked]
510*3959e94dS曾俊 unsafe extern "sysv64" fn switch_back() -> ! {
511*3959e94dS曾俊     asm!("ret", options(noreturn));
5121496ba7bSLoGin }
5131496ba7bSLoGin 
5141496ba7bSLoGin pub unsafe fn arch_switch_to_user(path: String, argv: Vec<String>, envp: Vec<String>) -> ! {
5151496ba7bSLoGin     // 以下代码不能发生中断
5161496ba7bSLoGin     CurrentIrqArch::interrupt_disable();
5171496ba7bSLoGin 
5181496ba7bSLoGin     let current_pcb = ProcessManager::current_pcb();
5191496ba7bSLoGin     let trap_frame_vaddr = VirtAddr::new(
5201496ba7bSLoGin         current_pcb.kernel_stack().stack_max_address().data() - core::mem::size_of::<TrapFrame>(),
5211496ba7bSLoGin     );
5221496ba7bSLoGin     // kdebug!("trap_frame_vaddr: {:?}", trap_frame_vaddr);
5231496ba7bSLoGin     let new_rip = VirtAddr::new(ret_from_intr as usize);
5241496ba7bSLoGin 
5251496ba7bSLoGin     assert!(
5261496ba7bSLoGin         (x86::current::registers::rsp() as usize) < trap_frame_vaddr.data(),
5271496ba7bSLoGin         "arch_switch_to_user(): current_rsp >= fake trap
5281496ba7bSLoGin         frame vaddr, this may cause some illegal access to memory!
5291496ba7bSLoGin         rsp: {:#x}, trap_frame_vaddr: {:#x}",
5301496ba7bSLoGin         x86::current::registers::rsp() as usize,
5311496ba7bSLoGin         trap_frame_vaddr.data()
5321496ba7bSLoGin     );
5331496ba7bSLoGin 
5341496ba7bSLoGin     let mut arch_guard = current_pcb.arch_info_irqsave();
5351496ba7bSLoGin     arch_guard.rsp = trap_frame_vaddr.data();
5361496ba7bSLoGin 
53716033951SGnoCiYeH     arch_guard.fs = USER_DS;
53816033951SGnoCiYeH     arch_guard.gs = USER_DS;
53916033951SGnoCiYeH 
54016033951SGnoCiYeH     // 将内核gs数据压进cpu
54116033951SGnoCiYeH     arch_guard.store_kernel_gsbase();
5421496ba7bSLoGin 
5431496ba7bSLoGin     switch_fs_and_gs(
54416033951SGnoCiYeH         SegmentSelector::from_bits_truncate(arch_guard.fs.bits()),
54516033951SGnoCiYeH         SegmentSelector::from_bits_truncate(arch_guard.gs.bits()),
5461496ba7bSLoGin     );
5471496ba7bSLoGin     arch_guard.rip = new_rip.data();
5481496ba7bSLoGin 
5491496ba7bSLoGin     drop(arch_guard);
5501496ba7bSLoGin 
5511496ba7bSLoGin     // 删除kthread的标志
5521496ba7bSLoGin     current_pcb.flags().remove(ProcessFlags::KTHREAD);
5531496ba7bSLoGin     current_pcb.worker_private().take();
5541496ba7bSLoGin 
555f0c87a89SGnoCiYeH     *current_pcb.sched_info().sched_policy.write_irqsave() = crate::sched::SchedPolicy::CFS;
556f0c87a89SGnoCiYeH 
5571496ba7bSLoGin     let mut trap_frame = TrapFrame::new();
5581496ba7bSLoGin 
5591496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5601496ba7bSLoGin     Syscall::do_execve(path, argv, envp, &mut trap_frame).unwrap_or_else(|e| {
5611496ba7bSLoGin         panic!(
5621496ba7bSLoGin             "arch_switch_to_user(): pid: {pid:?}, Failed to execve: , error: {e:?}",
5631496ba7bSLoGin             pid = current_pcb.pid(),
5641496ba7bSLoGin             e = e
5651496ba7bSLoGin         );
5661496ba7bSLoGin     });
5671496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5681496ba7bSLoGin 
5691496ba7bSLoGin     // 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!
5701496ba7bSLoGin 
5711496ba7bSLoGin     drop(current_pcb);
5721496ba7bSLoGin 
5731496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5741496ba7bSLoGin     ready_to_switch_to_user(trap_frame, trap_frame_vaddr.data(), new_rip.data());
5751496ba7bSLoGin }
5761496ba7bSLoGin 
5771496ba7bSLoGin /// 由于需要依赖ret来切换到用户态,所以不能inline
5781496ba7bSLoGin #[inline(never)]
5791496ba7bSLoGin unsafe extern "sysv64" fn ready_to_switch_to_user(
5801496ba7bSLoGin     trap_frame: TrapFrame,
5811496ba7bSLoGin     trapframe_vaddr: usize,
5821496ba7bSLoGin     new_rip: usize,
5831496ba7bSLoGin ) -> ! {
5841496ba7bSLoGin     *(trapframe_vaddr as *mut TrapFrame) = trap_frame;
585f0c87a89SGnoCiYeH     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
5861496ba7bSLoGin     asm!(
58716033951SGnoCiYeH         "swapgs",
5881496ba7bSLoGin         "mov rsp, {trapframe_vaddr}",
5891496ba7bSLoGin         "push {new_rip}",
5901496ba7bSLoGin         "ret",
5911496ba7bSLoGin         trapframe_vaddr = in(reg) trapframe_vaddr,
5921496ba7bSLoGin         new_rip = in(reg) new_rip
5931496ba7bSLoGin     );
5941496ba7bSLoGin     unreachable!()
5951496ba7bSLoGin }
596f0c87a89SGnoCiYeH 
597f0c87a89SGnoCiYeH // bitflags! {
598f0c87a89SGnoCiYeH //     pub struct ProcessThreadFlags: u32 {
599f0c87a89SGnoCiYeH //     /*
600f0c87a89SGnoCiYeH //     * thread information flags
601f0c87a89SGnoCiYeH //     * - these are process state flags that various assembly files
602f0c87a89SGnoCiYeH //     *   may need to access
603f0c87a89SGnoCiYeH //     */
604f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_NOTIFY_RESUME	= 1 << 1;	/* callback before returning to user */
605f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_SIGPENDING	=	1 << 2;	/* signal pending */
606f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_NEED_RESCHED	= 1 << 3;	/* rescheduling necessary */
607f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_SINGLESTEP	=	1 << 4;	/* reenable singlestep on user return*/
608f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_SSBD		= 1 << 5;	/* Speculative store bypass disable */
609f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_SPEC_IB		= 1 << 9;	/* Indirect branch speculation mitigation */
610f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_SPEC_L1D_FLUSH	= 1 << 10;	/* Flush L1D on mm switches (processes) */
611f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_USER_RETURN_NOTIFY	= 1 << 11;	/* notify kernel of userspace return */
612f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_UPROBE		= 1 << 12;	/* breakpointed or singlestepping */
613f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_PATCH_PENDING	= 1 << 13;	/* pending live patching update */
614f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_NEED_FPU_LOAD	= 1 << 14;	/* load FPU on return to userspace */
615f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_NOCPUID		= 1 << 15;	/* CPUID is not accessible in userland */
616f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_NOTSC		= 1 << 16;	/* TSC is not accessible in userland */
617f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_NOTIFY_SIGNAL	= 1 << 17;	/* signal notifications exist */
618f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_MEMDIE		= 1 << 20;	/* is terminating due to OOM killer */
619f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_POLLING_NRFLAG	= 1 << 21;	/* idle is polling for TIF_NEED_RESCHED */
620f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_IO_BITMAP		= 1 << 22;	/* uses I/O bitmap */
621f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_SPEC_FORCE_UPDATE	= 1 << 23;	/* Force speculation MSR update in context switch */
622f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_FORCED_TF		= 1 << 24;	/* true if TF in eflags artificially */
623f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_BLOCKSTEP		= 1 << 25;	/* set when we want DEBUGCTLMSR_BTF */
624f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_LAZY_MMU_UPDATES	= 1 << 27;	/* task is updating the mmu lazily */
625f0c87a89SGnoCiYeH //     const TIF_ADDR32		= 1 << 29;	/* 32-bit address space on 64 bits */
626f0c87a89SGnoCiYeH //     }
627f0c87a89SGnoCiYeH // }
628