xref: /DragonOS/kernel/src/arch/x86_64/process/mod.rs (revision de71ec259cd21c782f4031b01635eb8ad3df1943)
11496ba7bSLoGin use core::{
21496ba7bSLoGin     arch::asm,
31496ba7bSLoGin     intrinsics::unlikely,
41496ba7bSLoGin     mem::ManuallyDrop,
51496ba7bSLoGin     sync::atomic::{compiler_fence, Ordering},
61496ba7bSLoGin };
71496ba7bSLoGin 
81496ba7bSLoGin use alloc::{string::String, sync::Arc, vec::Vec};
91496ba7bSLoGin 
101496ba7bSLoGin use memoffset::offset_of;
111496ba7bSLoGin use x86::{controlregs::Cr4, segmentation::SegmentSelector};
121496ba7bSLoGin 
131496ba7bSLoGin use crate::{
141496ba7bSLoGin     arch::process::table::TSSManager,
151496ba7bSLoGin     exception::InterruptArch,
161496ba7bSLoGin     libs::spinlock::SpinLockGuard,
171496ba7bSLoGin     mm::{
181496ba7bSLoGin         percpu::{PerCpu, PerCpuVar},
191496ba7bSLoGin         VirtAddr,
201496ba7bSLoGin     },
211496ba7bSLoGin     process::{
221496ba7bSLoGin         fork::CloneFlags, KernelStack, ProcessControlBlock, ProcessFlags, ProcessManager,
231496ba7bSLoGin         SwitchResult, SWITCH_RESULT,
241496ba7bSLoGin     },
251496ba7bSLoGin     syscall::{Syscall, SystemError},
261496ba7bSLoGin };
271496ba7bSLoGin 
281496ba7bSLoGin use self::{
291496ba7bSLoGin     kthread::kernel_thread_bootstrap_stage1,
301496ba7bSLoGin     table::{switch_fs_and_gs, KERNEL_DS, USER_DS},
311496ba7bSLoGin };
321496ba7bSLoGin 
331496ba7bSLoGin use super::{fpu::FpState, interrupt::TrapFrame, CurrentIrqArch};
341496ba7bSLoGin 
351496ba7bSLoGin mod c_adapter;
361496ba7bSLoGin pub mod kthread;
371496ba7bSLoGin pub mod syscall;
381496ba7bSLoGin pub mod table;
391496ba7bSLoGin 
401496ba7bSLoGin extern "C" {
411496ba7bSLoGin     /// 从中断返回
421496ba7bSLoGin     fn ret_from_intr();
431496ba7bSLoGin }
441496ba7bSLoGin 
45*de71ec25SLoGin #[allow(dead_code)]
46*de71ec25SLoGin #[repr(align(32768))]
47*de71ec25SLoGin union InitProcUnion {
48*de71ec25SLoGin     /// 用于存放idle进程的内核栈
49*de71ec25SLoGin     idle_stack: [u8; 32768],
50*de71ec25SLoGin }
51*de71ec25SLoGin 
52*de71ec25SLoGin #[link_section = ".data.init_proc_union"]
53*de71ec25SLoGin #[no_mangle]
54*de71ec25SLoGin static BSP_IDLE_STACK_SPACE: InitProcUnion = InitProcUnion {
55*de71ec25SLoGin     idle_stack: [0; 32768],
56*de71ec25SLoGin };
57*de71ec25SLoGin 
581496ba7bSLoGin /// PCB中与架构相关的信息
591496ba7bSLoGin #[derive(Debug, Clone)]
601496ba7bSLoGin #[allow(dead_code)]
611496ba7bSLoGin pub struct ArchPCBInfo {
621496ba7bSLoGin     rflags: usize,
631496ba7bSLoGin     rbx: usize,
641496ba7bSLoGin     r12: usize,
651496ba7bSLoGin     r13: usize,
661496ba7bSLoGin     r14: usize,
671496ba7bSLoGin     r15: usize,
681496ba7bSLoGin     rbp: usize,
691496ba7bSLoGin     rsp: usize,
701496ba7bSLoGin     rip: usize,
711496ba7bSLoGin     cr2: usize,
721496ba7bSLoGin     fsbase: usize,
731496ba7bSLoGin     gsbase: usize,
741496ba7bSLoGin     fs: u16,
751496ba7bSLoGin     gs: u16,
761496ba7bSLoGin 
771496ba7bSLoGin     /// 浮点寄存器的状态
781496ba7bSLoGin     fp_state: Option<FpState>,
791496ba7bSLoGin }
801496ba7bSLoGin 
811496ba7bSLoGin #[allow(dead_code)]
821496ba7bSLoGin impl ArchPCBInfo {
831496ba7bSLoGin     /// 创建一个新的ArchPCBInfo
841496ba7bSLoGin     ///
851496ba7bSLoGin     /// ## 参数
861496ba7bSLoGin     ///
871496ba7bSLoGin     /// - `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。
881496ba7bSLoGin     ///
891496ba7bSLoGin     /// ## 返回值
901496ba7bSLoGin     ///
911496ba7bSLoGin     /// 返回一个新的ArchPCBInfo
921496ba7bSLoGin     pub fn new(kstack: Option<&KernelStack>) -> Self {
931496ba7bSLoGin         let mut r = Self {
941496ba7bSLoGin             rflags: 0,
951496ba7bSLoGin             rbx: 0,
961496ba7bSLoGin             r12: 0,
971496ba7bSLoGin             r13: 0,
981496ba7bSLoGin             r14: 0,
991496ba7bSLoGin             r15: 0,
1001496ba7bSLoGin             rbp: 0,
1011496ba7bSLoGin             rsp: 0,
1021496ba7bSLoGin             rip: 0,
1031496ba7bSLoGin             cr2: 0,
1041496ba7bSLoGin             fsbase: 0,
1051496ba7bSLoGin             gsbase: 0,
1061496ba7bSLoGin             fs: KERNEL_DS.bits(),
1071496ba7bSLoGin             gs: KERNEL_DS.bits(),
1081496ba7bSLoGin             fp_state: None,
1091496ba7bSLoGin         };
1101496ba7bSLoGin 
1111496ba7bSLoGin         if kstack.is_some() {
1121496ba7bSLoGin             let kstack = kstack.unwrap();
1131496ba7bSLoGin             r.rsp = kstack.stack_max_address().data();
1141496ba7bSLoGin             r.rbp = kstack.stack_max_address().data();
1151496ba7bSLoGin         }
1161496ba7bSLoGin 
1171496ba7bSLoGin         return r;
1181496ba7bSLoGin     }
1191496ba7bSLoGin 
1201496ba7bSLoGin     pub fn set_stack(&mut self, stack: VirtAddr) {
1211496ba7bSLoGin         self.rsp = stack.data();
1221496ba7bSLoGin     }
1231496ba7bSLoGin 
1241496ba7bSLoGin     pub fn set_stack_base(&mut self, stack_base: VirtAddr) {
1251496ba7bSLoGin         self.rbp = stack_base.data();
1261496ba7bSLoGin     }
1271496ba7bSLoGin 
1281496ba7bSLoGin     pub fn rbp(&self) -> usize {
1291496ba7bSLoGin         self.rbp
1301496ba7bSLoGin     }
1311496ba7bSLoGin 
1321496ba7bSLoGin     pub unsafe fn push_to_stack(&mut self, value: usize) {
1331496ba7bSLoGin         self.rsp -= core::mem::size_of::<usize>();
1341496ba7bSLoGin         *(self.rsp as *mut usize) = value;
1351496ba7bSLoGin     }
1361496ba7bSLoGin 
1371496ba7bSLoGin     pub unsafe fn pop_from_stack(&mut self) -> usize {
1381496ba7bSLoGin         let value = *(self.rsp as *const usize);
1391496ba7bSLoGin         self.rsp += core::mem::size_of::<usize>();
1401496ba7bSLoGin         value
1411496ba7bSLoGin     }
1421496ba7bSLoGin 
1431496ba7bSLoGin     pub fn save_fp_state(&mut self) {
1441496ba7bSLoGin         if self.fp_state.is_none() {
1451496ba7bSLoGin             self.fp_state = Some(FpState::new());
1461496ba7bSLoGin         }
1471496ba7bSLoGin 
1481496ba7bSLoGin         self.fp_state.as_mut().unwrap().save();
1491496ba7bSLoGin     }
1501496ba7bSLoGin 
1511496ba7bSLoGin     pub fn restore_fp_state(&mut self) {
1521496ba7bSLoGin         if unlikely(self.fp_state.is_none()) {
1531496ba7bSLoGin             return;
1541496ba7bSLoGin         }
1551496ba7bSLoGin 
1561496ba7bSLoGin         self.fp_state.as_mut().unwrap().restore();
1571496ba7bSLoGin     }
1581496ba7bSLoGin 
1591496ba7bSLoGin     pub unsafe fn save_fsbase(&mut self) {
1601496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1611496ba7bSLoGin             self.fsbase = x86::current::segmentation::rdfsbase() as usize;
1621496ba7bSLoGin         } else {
1631496ba7bSLoGin             self.fsbase = 0;
1641496ba7bSLoGin         }
1651496ba7bSLoGin     }
1661496ba7bSLoGin 
1671496ba7bSLoGin     pub unsafe fn save_gsbase(&mut self) {
1681496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1691496ba7bSLoGin             self.gsbase = x86::current::segmentation::rdgsbase() as usize;
1701496ba7bSLoGin         } else {
1711496ba7bSLoGin             self.gsbase = 0;
1721496ba7bSLoGin         }
1731496ba7bSLoGin     }
1741496ba7bSLoGin 
1751496ba7bSLoGin     pub unsafe fn restore_fsbase(&mut self) {
1761496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1771496ba7bSLoGin             x86::current::segmentation::wrfsbase(self.fsbase as u64);
1781496ba7bSLoGin         }
1791496ba7bSLoGin     }
1801496ba7bSLoGin 
1811496ba7bSLoGin     pub unsafe fn restore_gsbase(&mut self) {
1821496ba7bSLoGin         if x86::controlregs::cr4().contains(Cr4::CR4_ENABLE_FSGSBASE) {
1831496ba7bSLoGin             x86::current::segmentation::wrgsbase(self.gsbase as u64);
1841496ba7bSLoGin         }
1851496ba7bSLoGin     }
1861496ba7bSLoGin 
1871496ba7bSLoGin     pub fn fsbase(&self) -> usize {
1881496ba7bSLoGin         self.fsbase
1891496ba7bSLoGin     }
1901496ba7bSLoGin 
1911496ba7bSLoGin     pub fn gsbase(&self) -> usize {
1921496ba7bSLoGin         self.gsbase
1931496ba7bSLoGin     }
1941496ba7bSLoGin }
1951496ba7bSLoGin 
1961496ba7bSLoGin impl ProcessControlBlock {
1971496ba7bSLoGin     /// 获取当前进程的pcb
1981496ba7bSLoGin     pub fn arch_current_pcb() -> Arc<Self> {
1991496ba7bSLoGin         // 获取栈指针
2001496ba7bSLoGin         let ptr = VirtAddr::new(x86::current::registers::rsp() as usize);
2011496ba7bSLoGin         let stack_base = VirtAddr::new(ptr.data() & (!(KernelStack::ALIGN - 1)));
2021496ba7bSLoGin         // 从内核栈的最低地址处取出pcb的地址
2031496ba7bSLoGin         let p = stack_base.data() as *const *const ProcessControlBlock;
2041496ba7bSLoGin         if unlikely((unsafe { *p }).is_null()) {
2051496ba7bSLoGin             panic!("current_pcb is null");
2061496ba7bSLoGin         }
2071496ba7bSLoGin         unsafe {
2081496ba7bSLoGin             // 为了防止内核栈的pcb指针被释放,这里需要将其包装一下,使得Arc的drop不会被调用
2091496ba7bSLoGin             let arc_wrapper: ManuallyDrop<Arc<ProcessControlBlock>> =
2101496ba7bSLoGin                 ManuallyDrop::new(Arc::from_raw(*p));
2111496ba7bSLoGin 
2121496ba7bSLoGin             let new_arc: Arc<ProcessControlBlock> = Arc::clone(&arc_wrapper);
2131496ba7bSLoGin             return new_arc;
2141496ba7bSLoGin         }
2151496ba7bSLoGin     }
2161496ba7bSLoGin }
2171496ba7bSLoGin 
2181496ba7bSLoGin impl ProcessManager {
2191496ba7bSLoGin     pub fn arch_init() {
2201496ba7bSLoGin         {
2211496ba7bSLoGin             // 初始化进程切换结果 per cpu变量
2221496ba7bSLoGin             let mut switch_res_vec: Vec<SwitchResult> = Vec::new();
2231496ba7bSLoGin             for _ in 0..PerCpu::MAX_CPU_NUM {
2241496ba7bSLoGin                 switch_res_vec.push(SwitchResult::new());
2251496ba7bSLoGin             }
2261496ba7bSLoGin             unsafe {
2271496ba7bSLoGin                 SWITCH_RESULT = Some(PerCpuVar::new(switch_res_vec).unwrap());
2281496ba7bSLoGin             }
2291496ba7bSLoGin         }
2301496ba7bSLoGin     }
2311496ba7bSLoGin     /// fork的过程中复制线程
2321496ba7bSLoGin     ///
2331496ba7bSLoGin     /// 由于这个过程与具体的架构相关,所以放在这里
2341496ba7bSLoGin     pub fn copy_thread(
2351496ba7bSLoGin         _clone_flags: &CloneFlags,
2361496ba7bSLoGin         current_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>,
2371496ba7bSLoGin         new_pcb: &Arc<ProcessControlBlock>,
2381496ba7bSLoGin         current_trapframe: &TrapFrame,
2391496ba7bSLoGin     ) -> Result<(), SystemError> {
2401496ba7bSLoGin         let mut child_trapframe = current_trapframe.clone();
2411496ba7bSLoGin 
2421496ba7bSLoGin         // 子进程的返回值为0
2431496ba7bSLoGin         child_trapframe.set_return_value(0);
2441496ba7bSLoGin 
2451496ba7bSLoGin         // 设置子进程的栈基址(开始执行中断返回流程时的栈基址)
2461496ba7bSLoGin         let mut new_arch_guard = new_pcb.arch_info();
2471496ba7bSLoGin         let kernel_stack_guard = new_pcb.kernel_stack();
2481496ba7bSLoGin 
2491496ba7bSLoGin         // 设置子进程在内核态开始执行时的rsp、rbp
2501496ba7bSLoGin         new_arch_guard.set_stack_base(kernel_stack_guard.stack_max_address());
2511496ba7bSLoGin 
2521496ba7bSLoGin         let trap_frame_vaddr: VirtAddr =
2531496ba7bSLoGin             kernel_stack_guard.stack_max_address() - core::mem::size_of::<TrapFrame>();
2541496ba7bSLoGin         new_arch_guard.set_stack(trap_frame_vaddr);
2551496ba7bSLoGin 
2561496ba7bSLoGin         // 拷贝栈帧
2571496ba7bSLoGin         unsafe {
2581496ba7bSLoGin             let trap_frame_ptr = trap_frame_vaddr.data() as *mut TrapFrame;
2591496ba7bSLoGin             *trap_frame_ptr = child_trapframe;
2601496ba7bSLoGin         }
2611496ba7bSLoGin 
2621496ba7bSLoGin         let current_arch_guard = current_pcb.arch_info_irqsave();
2631496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fsbase = current_arch_guard.fsbase;
2641496ba7bSLoGin         new_arch_guard.gsbase = current_arch_guard.gsbase;
2651496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fs = current_arch_guard.fs;
2661496ba7bSLoGin         new_arch_guard.gs = current_arch_guard.gs;
2671496ba7bSLoGin         new_arch_guard.fp_state = current_arch_guard.fp_state.clone();
2681496ba7bSLoGin 
2691496ba7bSLoGin         // 拷贝浮点寄存器的状态
2701496ba7bSLoGin         if let Some(fp_state) = current_arch_guard.fp_state.as_ref() {
2711496ba7bSLoGin             new_arch_guard.fp_state = Some(*fp_state);
2721496ba7bSLoGin         }
2731496ba7bSLoGin         drop(current_arch_guard);
2741496ba7bSLoGin 
2751496ba7bSLoGin         // 设置返回地址(子进程开始执行的指令地址)
2761496ba7bSLoGin 
2771496ba7bSLoGin         if new_pcb.flags().contains(ProcessFlags::KTHREAD) {
2781496ba7bSLoGin             let kthread_bootstrap_stage1_func_addr = kernel_thread_bootstrap_stage1 as usize;
2791496ba7bSLoGin 
2801496ba7bSLoGin             new_arch_guard.rip = kthread_bootstrap_stage1_func_addr;
2811496ba7bSLoGin         } else {
2821496ba7bSLoGin             new_arch_guard.rip = ret_from_intr as usize;
2831496ba7bSLoGin         }
2841496ba7bSLoGin 
2851496ba7bSLoGin         return Ok(());
2861496ba7bSLoGin     }
2871496ba7bSLoGin 
2881496ba7bSLoGin     /// 切换进程
2891496ba7bSLoGin     ///
2901496ba7bSLoGin     /// ## 参数
2911496ba7bSLoGin     ///
2921496ba7bSLoGin     /// - `prev`:上一个进程的pcb
2931496ba7bSLoGin     /// - `next`:下一个进程的pcb
2941496ba7bSLoGin     pub unsafe fn switch_process(prev: Arc<ProcessControlBlock>, next: Arc<ProcessControlBlock>) {
2951496ba7bSLoGin         assert!(CurrentIrqArch::is_irq_enabled() == false);
2961496ba7bSLoGin 
2971496ba7bSLoGin         // 保存浮点寄存器
2981496ba7bSLoGin         prev.arch_info().save_fp_state();
2991496ba7bSLoGin         // 切换浮点寄存器
3001496ba7bSLoGin         next.arch_info().restore_fp_state();
3011496ba7bSLoGin 
3021496ba7bSLoGin         // 切换fsbase
3031496ba7bSLoGin         prev.arch_info().save_fsbase();
3041496ba7bSLoGin         next.arch_info().restore_fsbase();
3051496ba7bSLoGin 
3061496ba7bSLoGin         // 切换gsbase
3071496ba7bSLoGin         prev.arch_info().save_gsbase();
3081496ba7bSLoGin         next.arch_info().restore_gsbase();
3091496ba7bSLoGin 
3101496ba7bSLoGin         // 切换地址空间
3111496ba7bSLoGin         let next_addr_space = next.basic().user_vm().as_ref().unwrap().clone();
3121496ba7bSLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3131496ba7bSLoGin 
3141496ba7bSLoGin         next_addr_space.read().user_mapper.utable.make_current();
3151496ba7bSLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3161496ba7bSLoGin         // 切换内核栈
3171496ba7bSLoGin 
3181496ba7bSLoGin         // 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)
3191496ba7bSLoGin         let next_arch = SpinLockGuard::leak(next.arch_info());
3201496ba7bSLoGin         let prev_arch = SpinLockGuard::leak(prev.arch_info());
3211496ba7bSLoGin 
3221496ba7bSLoGin         prev_arch.rip = switch_back as usize;
3231496ba7bSLoGin 
3241496ba7bSLoGin         // 恢复当前的 preempt count*2
3251496ba7bSLoGin         ProcessManager::current_pcb().preempt_enable();
3261496ba7bSLoGin         ProcessManager::current_pcb().preempt_enable();
3271496ba7bSLoGin         SWITCH_RESULT.as_mut().unwrap().get_mut().prev_pcb = Some(prev.clone());
3281496ba7bSLoGin         SWITCH_RESULT.as_mut().unwrap().get_mut().next_pcb = Some(next.clone());
3291496ba7bSLoGin 
3301496ba7bSLoGin         // 切换tss
3311496ba7bSLoGin         TSSManager::current_tss().set_rsp(
3321496ba7bSLoGin             x86::Ring::Ring0,
3331496ba7bSLoGin             next.kernel_stack().stack_max_address().data() as u64,
3341496ba7bSLoGin         );
3351496ba7bSLoGin         // kdebug!("switch tss ok");
3361496ba7bSLoGin 
337*de71ec25SLoGin         compiler_fence(Ordering::SeqCst);
3381496ba7bSLoGin         // 正式切换上下文
3391496ba7bSLoGin         switch_to_inner(prev_arch, next_arch);
3401496ba7bSLoGin     }
3411496ba7bSLoGin }
3421496ba7bSLoGin 
3431496ba7bSLoGin /// 保存上下文,然后切换进程,接着jmp到`switch_finish_hook`钩子函数
3441496ba7bSLoGin #[naked]
3451496ba7bSLoGin unsafe extern "sysv64" fn switch_to_inner(prev: &mut ArchPCBInfo, next: &mut ArchPCBInfo) {
3461496ba7bSLoGin     asm!(
3471496ba7bSLoGin         // As a quick reminder for those who are unfamiliar with the System V ABI (extern "C"):
3481496ba7bSLoGin         //
3491496ba7bSLoGin         // - the current parameters are passed in the registers `rdi`, `rsi`,
3501496ba7bSLoGin         // - we can modify scratch registers, e.g. rax
3511496ba7bSLoGin         // - we cannot change callee-preserved registers arbitrarily, e.g. rbx, which is why we
3521496ba7bSLoGin         //   store them here in the first place.
3531496ba7bSLoGin         concat!("
3541496ba7bSLoGin         // Save old registers, and load new ones
3551496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rbx}], rbx
3561496ba7bSLoGin         mov rbx, [rsi + {off_rbx}]
3571496ba7bSLoGin 
3581496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r12}], r12
3591496ba7bSLoGin         mov r12, [rsi + {off_r12}]
3601496ba7bSLoGin 
3611496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r13}], r13
3621496ba7bSLoGin         mov r13, [rsi + {off_r13}]
3631496ba7bSLoGin 
3641496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r14}], r14
3651496ba7bSLoGin         mov r14, [rsi + {off_r14}]
3661496ba7bSLoGin 
3671496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_r15}], r15
3681496ba7bSLoGin         mov r15, [rsi + {off_r15}]
3691496ba7bSLoGin 
3701496ba7bSLoGin         // switch segment registers (这些寄存器只能通过接下来的switch_hook的return来切换)
3711496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_fs}], fs
3721496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_gs}], gs
3731496ba7bSLoGin 
3741496ba7bSLoGin         push rbp
3751496ba7bSLoGin         push rax
3761496ba7bSLoGin 
3771496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rbp}], rbp
3781496ba7bSLoGin         mov rbp, [rsi + {off_rbp}]
3791496ba7bSLoGin 
3801496ba7bSLoGin         mov [rdi + {off_rsp}], rsp
3811496ba7bSLoGin         mov rsp, [rsi + {off_rsp}]
3821496ba7bSLoGin 
3831496ba7bSLoGin         // // push RFLAGS (can only be modified via stack)
3841496ba7bSLoGin         pushfq
3851496ba7bSLoGin         // // pop RFLAGS into `self.rflags`
3861496ba7bSLoGin         pop QWORD PTR [rdi + {off_rflags}]
3871496ba7bSLoGin 
3881496ba7bSLoGin         // // push `next.rflags`
3891496ba7bSLoGin         push QWORD PTR [rsi + {off_rflags}]
3901496ba7bSLoGin         // // pop into RFLAGS
3911496ba7bSLoGin         popfq
3921496ba7bSLoGin 
3931496ba7bSLoGin         // push next rip to stack
3941496ba7bSLoGin         push QWORD PTR [rsi + {off_rip}]
3951496ba7bSLoGin 
3961496ba7bSLoGin 
3971496ba7bSLoGin         // When we return, we cannot even guarantee that the return address on the stack, points to
3981496ba7bSLoGin         // the calling function. Thus, we have to execute this Rust hook by
3991496ba7bSLoGin         // ourselves, which will unlock the contexts before the later switch.
4001496ba7bSLoGin 
4011496ba7bSLoGin         // Note that switch_finish_hook will be responsible for executing `ret`.
4021496ba7bSLoGin         jmp {switch_hook}
4031496ba7bSLoGin         "),
4041496ba7bSLoGin 
4051496ba7bSLoGin         off_rflags = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rflags)),
4061496ba7bSLoGin 
4071496ba7bSLoGin         off_rbx = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rbx)),
4081496ba7bSLoGin         off_r12 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r12)),
4091496ba7bSLoGin         off_r13 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r13)),
4101496ba7bSLoGin         off_r14 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r14)),
4111496ba7bSLoGin         off_rbp = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rbp)),
4121496ba7bSLoGin         off_rsp = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rsp)),
4131496ba7bSLoGin         off_r15 = const(offset_of!(ArchPCBInfo, r15)),
4141496ba7bSLoGin         off_rip = const(offset_of!(ArchPCBInfo, rip)),
4151496ba7bSLoGin         off_fs = const(offset_of!(ArchPCBInfo, fs)),
4161496ba7bSLoGin         off_gs = const(offset_of!(ArchPCBInfo, gs)),
4171496ba7bSLoGin 
4181496ba7bSLoGin         switch_hook = sym crate::process::switch_finish_hook,
4191496ba7bSLoGin         options(noreturn),
4201496ba7bSLoGin     );
4211496ba7bSLoGin }
4221496ba7bSLoGin 
4231496ba7bSLoGin /// 从`switch_to_inner`返回后,执行这个函数
4241496ba7bSLoGin ///
4251496ba7bSLoGin /// 也就是说,当进程再次被调度时,会从这里开始执行
4261496ba7bSLoGin #[inline(never)]
4271496ba7bSLoGin unsafe extern "sysv64" fn switch_back() {
4281496ba7bSLoGin     asm!(concat!(
4291496ba7bSLoGin         "
4301496ba7bSLoGin         pop rax
4311496ba7bSLoGin         pop rbp
4321496ba7bSLoGin         "
4331496ba7bSLoGin     ))
4341496ba7bSLoGin }
4351496ba7bSLoGin 
4361496ba7bSLoGin pub unsafe fn arch_switch_to_user(path: String, argv: Vec<String>, envp: Vec<String>) -> ! {
4371496ba7bSLoGin     // 以下代码不能发生中断
4381496ba7bSLoGin     CurrentIrqArch::interrupt_disable();
4391496ba7bSLoGin 
4401496ba7bSLoGin     let current_pcb = ProcessManager::current_pcb();
4411496ba7bSLoGin     let trap_frame_vaddr = VirtAddr::new(
4421496ba7bSLoGin         current_pcb.kernel_stack().stack_max_address().data() - core::mem::size_of::<TrapFrame>(),
4431496ba7bSLoGin     );
4441496ba7bSLoGin     // kdebug!("trap_frame_vaddr: {:?}", trap_frame_vaddr);
4451496ba7bSLoGin     let new_rip = VirtAddr::new(ret_from_intr as usize);
4461496ba7bSLoGin 
4471496ba7bSLoGin     assert!(
4481496ba7bSLoGin         (x86::current::registers::rsp() as usize) < trap_frame_vaddr.data(),
4491496ba7bSLoGin         "arch_switch_to_user(): current_rsp >= fake trap
4501496ba7bSLoGin         frame vaddr, this may cause some illegal access to memory!
4511496ba7bSLoGin         rsp: {:#x}, trap_frame_vaddr: {:#x}",
4521496ba7bSLoGin         x86::current::registers::rsp() as usize,
4531496ba7bSLoGin         trap_frame_vaddr.data()
4541496ba7bSLoGin     );
4551496ba7bSLoGin 
4561496ba7bSLoGin     let mut arch_guard = current_pcb.arch_info_irqsave();
4571496ba7bSLoGin     arch_guard.rsp = trap_frame_vaddr.data();
4581496ba7bSLoGin 
4591496ba7bSLoGin     arch_guard.fs = USER_DS.bits();
4601496ba7bSLoGin     arch_guard.gs = USER_DS.bits();
4611496ba7bSLoGin 
4621496ba7bSLoGin     switch_fs_and_gs(
4631496ba7bSLoGin         SegmentSelector::from_bits_truncate(arch_guard.fs),
4641496ba7bSLoGin         SegmentSelector::from_bits_truncate(arch_guard.gs),
4651496ba7bSLoGin     );
4661496ba7bSLoGin     arch_guard.rip = new_rip.data();
4671496ba7bSLoGin 
4681496ba7bSLoGin     drop(arch_guard);
4691496ba7bSLoGin 
4701496ba7bSLoGin     // 删除kthread的标志
4711496ba7bSLoGin     current_pcb.flags().remove(ProcessFlags::KTHREAD);
4721496ba7bSLoGin     current_pcb.worker_private().take();
4731496ba7bSLoGin 
4741496ba7bSLoGin     let mut trap_frame = TrapFrame::new();
4751496ba7bSLoGin 
4761496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4771496ba7bSLoGin     Syscall::do_execve(path, argv, envp, &mut trap_frame).unwrap_or_else(|e| {
4781496ba7bSLoGin         panic!(
4791496ba7bSLoGin             "arch_switch_to_user(): pid: {pid:?}, Failed to execve: , error: {e:?}",
4801496ba7bSLoGin             pid = current_pcb.pid(),
4811496ba7bSLoGin             e = e
4821496ba7bSLoGin         );
4831496ba7bSLoGin     });
4841496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4851496ba7bSLoGin 
4861496ba7bSLoGin     // 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!
4871496ba7bSLoGin 
4881496ba7bSLoGin     drop(current_pcb);
4891496ba7bSLoGin 
4901496ba7bSLoGin     compiler_fence(Ordering::SeqCst);
4911496ba7bSLoGin     ready_to_switch_to_user(trap_frame, trap_frame_vaddr.data(), new_rip.data());
4921496ba7bSLoGin }
4931496ba7bSLoGin 
4941496ba7bSLoGin /// 由于需要依赖ret来切换到用户态,所以不能inline
4951496ba7bSLoGin #[inline(never)]
4961496ba7bSLoGin unsafe extern "sysv64" fn ready_to_switch_to_user(
4971496ba7bSLoGin     trap_frame: TrapFrame,
4981496ba7bSLoGin     trapframe_vaddr: usize,
4991496ba7bSLoGin     new_rip: usize,
5001496ba7bSLoGin ) -> ! {
5011496ba7bSLoGin     *(trapframe_vaddr as *mut TrapFrame) = trap_frame;
5021496ba7bSLoGin     asm!(
5031496ba7bSLoGin         "mov rsp, {trapframe_vaddr}",
5041496ba7bSLoGin         "push {new_rip}",
5051496ba7bSLoGin         "ret",
5061496ba7bSLoGin         trapframe_vaddr = in(reg) trapframe_vaddr,
5071496ba7bSLoGin         new_rip = in(reg) new_rip
5081496ba7bSLoGin     );
5091496ba7bSLoGin     unreachable!()
5101496ba7bSLoGin }
511