Merge remote-tracking branch 'remotes/kevin/tags/for-upstream' into staging
[sdk/emulator/qemu.git] / cpu-exec.c
1 /*
2  *  emulator main execution loop
3  *
4  *  Copyright (c) 2003-2005 Fabrice Bellard
5  *
6  * This library is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with this library; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19 #include "qemu/osdep.h"
20 #include "cpu.h"
21 #include "trace.h"
22 #include "disas/disas.h"
23 #include "exec/exec-all.h"
24 #include "tcg.h"
25 #include "qemu/atomic.h"
26 #include "sysemu/qtest.h"
27 #include "qemu/timer.h"
28 #include "exec/address-spaces.h"
29 #include "qemu/rcu.h"
30 #include "exec/tb-hash.h"
31 #include "exec/log.h"
32 #if defined(TARGET_I386) && !defined(CONFIG_USER_ONLY)
33 #include "hw/i386/apic.h"
34 #endif
35 #include "sysemu/replay.h"
36
37 /* -icount align implementation. */
38
39 typedef struct SyncClocks {
40     int64_t diff_clk;
41     int64_t last_cpu_icount;
42     int64_t realtime_clock;
43 } SyncClocks;
44
45 #if !defined(CONFIG_USER_ONLY)
46 /* Allow the guest to have a max 3ms advance.
47  * The difference between the 2 clocks could therefore
48  * oscillate around 0.
49  */
50 #define VM_CLOCK_ADVANCE 3000000
51 #define THRESHOLD_REDUCE 1.5
52 #define MAX_DELAY_PRINT_RATE 2000000000LL
53 #define MAX_NB_PRINTS 100
54
55 static void align_clocks(SyncClocks *sc, const CPUState *cpu)
56 {
57     int64_t cpu_icount;
58
59     if (!icount_align_option) {
60         return;
61     }
62
63     cpu_icount = cpu->icount_extra + cpu->icount_decr.u16.low;
64     sc->diff_clk += cpu_icount_to_ns(sc->last_cpu_icount - cpu_icount);
65     sc->last_cpu_icount = cpu_icount;
66
67     if (sc->diff_clk > VM_CLOCK_ADVANCE) {
68 #ifndef _WIN32
69         struct timespec sleep_delay, rem_delay;
70         sleep_delay.tv_sec = sc->diff_clk / 1000000000LL;
71         sleep_delay.tv_nsec = sc->diff_clk % 1000000000LL;
72         if (nanosleep(&sleep_delay, &rem_delay) < 0) {
73             sc->diff_clk = rem_delay.tv_sec * 1000000000LL + rem_delay.tv_nsec;
74         } else {
75             sc->diff_clk = 0;
76         }
77 #else
78         Sleep(sc->diff_clk / SCALE_MS);
79         sc->diff_clk = 0;
80 #endif
81     }
82 }
83
84 static void print_delay(const SyncClocks *sc)
85 {
86     static float threshold_delay;
87     static int64_t last_realtime_clock;
88     static int nb_prints;
89
90     if (icount_align_option &&
91         sc->realtime_clock - last_realtime_clock >= MAX_DELAY_PRINT_RATE &&
92         nb_prints < MAX_NB_PRINTS) {
93         if ((-sc->diff_clk / (float)1000000000LL > threshold_delay) ||
94             (-sc->diff_clk / (float)1000000000LL <
95              (threshold_delay - THRESHOLD_REDUCE))) {
96             threshold_delay = (-sc->diff_clk / 1000000000LL) + 1;
97             printf("Warning: The guest is now late by %.1f to %.1f seconds\n",
98                    threshold_delay - 1,
99                    threshold_delay);
100             nb_prints++;
101             last_realtime_clock = sc->realtime_clock;
102         }
103     }
104 }
105
106 static void init_delay_params(SyncClocks *sc,
107                               const CPUState *cpu)
108 {
109     if (!icount_align_option) {
110         return;
111     }
112     sc->realtime_clock = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL_RT);
113     sc->diff_clk = qemu_clock_get_ns(QEMU_CLOCK_VIRTUAL) - sc->realtime_clock;
114     sc->last_cpu_icount = cpu->icount_extra + cpu->icount_decr.u16.low;
115     if (sc->diff_clk < max_delay) {
116         max_delay = sc->diff_clk;
117     }
118     if (sc->diff_clk > max_advance) {
119         max_advance = sc->diff_clk;
120     }
121
122     /* Print every 2s max if the guest is late. We limit the number
123        of printed messages to NB_PRINT_MAX(currently 100) */
124     print_delay(sc);
125 }
126 #else
127 static void align_clocks(SyncClocks *sc, const CPUState *cpu)
128 {
129 }
130
131 static void init_delay_params(SyncClocks *sc, const CPUState *cpu)
132 {
133 }
134 #endif /* CONFIG USER ONLY */
135
136 /* Execute a TB, and fix up the CPU state afterwards if necessary */
137 static inline tcg_target_ulong cpu_tb_exec(CPUState *cpu, TranslationBlock *itb)
138 {
139     CPUArchState *env = cpu->env_ptr;
140     uintptr_t ret;
141     TranslationBlock *last_tb;
142     int tb_exit;
143     uint8_t *tb_ptr = itb->tc_ptr;
144
145     qemu_log_mask_and_addr(CPU_LOG_EXEC, itb->pc,
146                            "Trace %p [" TARGET_FMT_lx "] %s\n",
147                            itb->tc_ptr, itb->pc, lookup_symbol(itb->pc));
148
149 #if defined(DEBUG_DISAS)
150     if (qemu_loglevel_mask(CPU_LOG_TB_CPU)
151         && qemu_log_in_addr_range(itb->pc)) {
152 #if defined(TARGET_I386)
153         log_cpu_state(cpu, CPU_DUMP_CCOP);
154 #elif defined(TARGET_M68K)
155         /* ??? Should not modify env state for dumping.  */
156         cpu_m68k_flush_flags(env, env->cc_op);
157         env->cc_op = CC_OP_FLAGS;
158         env->sr = (env->sr & 0xffe0) | env->cc_dest | (env->cc_x << 4);
159         log_cpu_state(cpu, 0);
160 #else
161         log_cpu_state(cpu, 0);
162 #endif
163     }
164 #endif /* DEBUG_DISAS */
165
166     cpu->can_do_io = !use_icount;
167     ret = tcg_qemu_tb_exec(env, tb_ptr);
168     cpu->can_do_io = 1;
169     last_tb = (TranslationBlock *)(ret & ~TB_EXIT_MASK);
170     tb_exit = ret & TB_EXIT_MASK;
171     trace_exec_tb_exit(last_tb, tb_exit);
172
173     if (tb_exit > TB_EXIT_IDX1) {
174         /* We didn't start executing this TB (eg because the instruction
175          * counter hit zero); we must restore the guest PC to the address
176          * of the start of the TB.
177          */
178         CPUClass *cc = CPU_GET_CLASS(cpu);
179         qemu_log_mask_and_addr(CPU_LOG_EXEC, last_tb->pc,
180                                "Stopped execution of TB chain before %p ["
181                                TARGET_FMT_lx "] %s\n",
182                                last_tb->tc_ptr, last_tb->pc,
183                                lookup_symbol(last_tb->pc));
184         if (cc->synchronize_from_tb) {
185             cc->synchronize_from_tb(cpu, last_tb);
186         } else {
187             assert(cc->set_pc);
188             cc->set_pc(cpu, last_tb->pc);
189         }
190     }
191     if (tb_exit == TB_EXIT_REQUESTED) {
192         /* We were asked to stop executing TBs (probably a pending
193          * interrupt. We've now stopped, so clear the flag.
194          */
195         cpu->tcg_exit_req = 0;
196     }
197     return ret;
198 }
199
200 #ifndef CONFIG_USER_ONLY
201 /* Execute the code without caching the generated code. An interpreter
202    could be used if available. */
203 static void cpu_exec_nocache(CPUState *cpu, int max_cycles,
204                              TranslationBlock *orig_tb, bool ignore_icount)
205 {
206     TranslationBlock *tb;
207
208     /* Should never happen.
209        We only end up here when an existing TB is too long.  */
210     if (max_cycles > CF_COUNT_MASK)
211         max_cycles = CF_COUNT_MASK;
212
213     tb = tb_gen_code(cpu, orig_tb->pc, orig_tb->cs_base, orig_tb->flags,
214                      max_cycles | CF_NOCACHE
215                          | (ignore_icount ? CF_IGNORE_ICOUNT : 0));
216     tb->orig_tb = orig_tb;
217     /* execute the generated code */
218     trace_exec_tb_nocache(tb, tb->pc);
219     cpu_tb_exec(cpu, tb);
220     tb_phys_invalidate(tb, -1);
221     tb_free(tb);
222 }
223 #endif
224
225 struct tb_desc {
226     target_ulong pc;
227     target_ulong cs_base;
228     CPUArchState *env;
229     tb_page_addr_t phys_page1;
230     uint32_t flags;
231 };
232
233 static bool tb_cmp(const void *p, const void *d)
234 {
235     const TranslationBlock *tb = p;
236     const struct tb_desc *desc = d;
237
238     if (tb->pc == desc->pc &&
239         tb->page_addr[0] == desc->phys_page1 &&
240         tb->cs_base == desc->cs_base &&
241         tb->flags == desc->flags &&
242         !atomic_read(&tb->invalid)) {
243         /* check next page if needed */
244         if (tb->page_addr[1] == -1) {
245             return true;
246         } else {
247             tb_page_addr_t phys_page2;
248             target_ulong virt_page2;
249
250             virt_page2 = (desc->pc & TARGET_PAGE_MASK) + TARGET_PAGE_SIZE;
251             phys_page2 = get_page_addr_code(desc->env, virt_page2);
252             if (tb->page_addr[1] == phys_page2) {
253                 return true;
254             }
255         }
256     }
257     return false;
258 }
259
260 static TranslationBlock *tb_htable_lookup(CPUState *cpu,
261                                           target_ulong pc,
262                                           target_ulong cs_base,
263                                           uint32_t flags)
264 {
265     tb_page_addr_t phys_pc;
266     struct tb_desc desc;
267     uint32_t h;
268
269     desc.env = (CPUArchState *)cpu->env_ptr;
270     desc.cs_base = cs_base;
271     desc.flags = flags;
272     desc.pc = pc;
273     phys_pc = get_page_addr_code(desc.env, pc);
274     desc.phys_page1 = phys_pc & TARGET_PAGE_MASK;
275     h = tb_hash_func(phys_pc, pc, flags);
276     return qht_lookup(&tcg_ctx.tb_ctx.htable, tb_cmp, &desc, h);
277 }
278
279 static inline TranslationBlock *tb_find(CPUState *cpu,
280                                         TranslationBlock *last_tb,
281                                         int tb_exit)
282 {
283     CPUArchState *env = (CPUArchState *)cpu->env_ptr;
284     TranslationBlock *tb;
285     target_ulong cs_base, pc;
286     uint32_t flags;
287     bool have_tb_lock = false;
288
289     /* we record a subset of the CPU state. It will
290        always be the same before a given translated block
291        is executed. */
292     cpu_get_tb_cpu_state(env, &pc, &cs_base, &flags);
293     tb = atomic_rcu_read(&cpu->tb_jmp_cache[tb_jmp_cache_hash_func(pc)]);
294     if (unlikely(!tb || tb->pc != pc || tb->cs_base != cs_base ||
295                  tb->flags != flags)) {
296         tb = tb_htable_lookup(cpu, pc, cs_base, flags);
297         if (!tb) {
298
299             /* mmap_lock is needed by tb_gen_code, and mmap_lock must be
300              * taken outside tb_lock. As system emulation is currently
301              * single threaded the locks are NOPs.
302              */
303             mmap_lock();
304             tb_lock();
305             have_tb_lock = true;
306
307             /* There's a chance that our desired tb has been translated while
308              * taking the locks so we check again inside the lock.
309              */
310             tb = tb_htable_lookup(cpu, pc, cs_base, flags);
311             if (!tb) {
312                 /* if no translated code available, then translate it now */
313                 tb = tb_gen_code(cpu, pc, cs_base, flags, 0);
314             }
315
316             mmap_unlock();
317         }
318
319         /* We add the TB in the virtual pc hash table for the fast lookup */
320         atomic_set(&cpu->tb_jmp_cache[tb_jmp_cache_hash_func(pc)], tb);
321     }
322 #ifndef CONFIG_USER_ONLY
323     /* We don't take care of direct jumps when address mapping changes in
324      * system emulation. So it's not safe to make a direct jump to a TB
325      * spanning two pages because the mapping for the second page can change.
326      */
327     if (tb->page_addr[1] != -1) {
328         last_tb = NULL;
329     }
330 #endif
331     /* See if we can patch the calling TB. */
332     if (last_tb && !qemu_loglevel_mask(CPU_LOG_TB_NOCHAIN)) {
333         if (!have_tb_lock) {
334             tb_lock();
335             have_tb_lock = true;
336         }
337         if (!tb->invalid) {
338             tb_add_jump(last_tb, tb_exit, tb);
339         }
340     }
341     if (have_tb_lock) {
342         tb_unlock();
343     }
344     return tb;
345 }
346
347 static inline bool cpu_handle_halt(CPUState *cpu)
348 {
349     if (cpu->halted) {
350 #if defined(TARGET_I386) && !defined(CONFIG_USER_ONLY)
351         if ((cpu->interrupt_request & CPU_INTERRUPT_POLL)
352             && replay_interrupt()) {
353             X86CPU *x86_cpu = X86_CPU(cpu);
354             apic_poll_irq(x86_cpu->apic_state);
355             cpu_reset_interrupt(cpu, CPU_INTERRUPT_POLL);
356         }
357 #endif
358         if (!cpu_has_work(cpu)) {
359             current_cpu = NULL;
360             return true;
361         }
362
363         cpu->halted = 0;
364     }
365
366     return false;
367 }
368
369 static inline void cpu_handle_debug_exception(CPUState *cpu)
370 {
371     CPUClass *cc = CPU_GET_CLASS(cpu);
372     CPUWatchpoint *wp;
373
374     if (!cpu->watchpoint_hit) {
375         QTAILQ_FOREACH(wp, &cpu->watchpoints, entry) {
376             wp->flags &= ~BP_WATCHPOINT_HIT;
377         }
378     }
379
380     cc->debug_excp_handler(cpu);
381 }
382
383 static inline bool cpu_handle_exception(CPUState *cpu, int *ret)
384 {
385     if (cpu->exception_index >= 0) {
386         if (cpu->exception_index >= EXCP_INTERRUPT) {
387             /* exit request from the cpu execution loop */
388             *ret = cpu->exception_index;
389             if (*ret == EXCP_DEBUG) {
390                 cpu_handle_debug_exception(cpu);
391             }
392             cpu->exception_index = -1;
393             return true;
394         } else {
395 #if defined(CONFIG_USER_ONLY)
396             /* if user mode only, we simulate a fake exception
397                which will be handled outside the cpu execution
398                loop */
399 #if defined(TARGET_I386)
400             CPUClass *cc = CPU_GET_CLASS(cpu);
401             cc->do_interrupt(cpu);
402 #endif
403             *ret = cpu->exception_index;
404             cpu->exception_index = -1;
405             return true;
406 #else
407             if (replay_exception()) {
408                 CPUClass *cc = CPU_GET_CLASS(cpu);
409                 cc->do_interrupt(cpu);
410                 cpu->exception_index = -1;
411             } else if (!replay_has_interrupt()) {
412                 /* give a chance to iothread in replay mode */
413                 *ret = EXCP_INTERRUPT;
414                 return true;
415             }
416 #endif
417         }
418 #ifndef CONFIG_USER_ONLY
419     } else if (replay_has_exception()
420                && cpu->icount_decr.u16.low + cpu->icount_extra == 0) {
421         /* try to cause an exception pending in the log */
422         cpu_exec_nocache(cpu, 1, tb_find(cpu, NULL, 0), true);
423         *ret = -1;
424         return true;
425 #endif
426     }
427
428     return false;
429 }
430
431 static inline void cpu_handle_interrupt(CPUState *cpu,
432                                         TranslationBlock **last_tb)
433 {
434     CPUClass *cc = CPU_GET_CLASS(cpu);
435     int interrupt_request = cpu->interrupt_request;
436
437     if (unlikely(interrupt_request)) {
438         if (unlikely(cpu->singlestep_enabled & SSTEP_NOIRQ)) {
439             /* Mask out external interrupts for this step. */
440             interrupt_request &= ~CPU_INTERRUPT_SSTEP_MASK;
441         }
442         if (interrupt_request & CPU_INTERRUPT_DEBUG) {
443             cpu->interrupt_request &= ~CPU_INTERRUPT_DEBUG;
444             cpu->exception_index = EXCP_DEBUG;
445             cpu_loop_exit(cpu);
446         }
447         if (replay_mode == REPLAY_MODE_PLAY && !replay_has_interrupt()) {
448             /* Do nothing */
449         } else if (interrupt_request & CPU_INTERRUPT_HALT) {
450             replay_interrupt();
451             cpu->interrupt_request &= ~CPU_INTERRUPT_HALT;
452             cpu->halted = 1;
453             cpu->exception_index = EXCP_HLT;
454             cpu_loop_exit(cpu);
455         }
456 #if defined(TARGET_I386)
457         else if (interrupt_request & CPU_INTERRUPT_INIT) {
458             X86CPU *x86_cpu = X86_CPU(cpu);
459             CPUArchState *env = &x86_cpu->env;
460             replay_interrupt();
461             cpu_svm_check_intercept_param(env, SVM_EXIT_INIT, 0);
462             do_cpu_init(x86_cpu);
463             cpu->exception_index = EXCP_HALTED;
464             cpu_loop_exit(cpu);
465         }
466 #else
467         else if (interrupt_request & CPU_INTERRUPT_RESET) {
468             replay_interrupt();
469             cpu_reset(cpu);
470             cpu_loop_exit(cpu);
471         }
472 #endif
473         /* The target hook has 3 exit conditions:
474            False when the interrupt isn't processed,
475            True when it is, and we should restart on a new TB,
476            and via longjmp via cpu_loop_exit.  */
477         else {
478             replay_interrupt();
479             if (cc->cpu_exec_interrupt(cpu, interrupt_request)) {
480                 *last_tb = NULL;
481             }
482             /* The target hook may have updated the 'cpu->interrupt_request';
483              * reload the 'interrupt_request' value */
484             interrupt_request = cpu->interrupt_request;
485         }
486         if (interrupt_request & CPU_INTERRUPT_EXITTB) {
487             cpu->interrupt_request &= ~CPU_INTERRUPT_EXITTB;
488             /* ensure that no TB jump will be modified as
489                the program flow was changed */
490             *last_tb = NULL;
491         }
492     }
493     if (unlikely(cpu->exit_request || replay_has_interrupt())) {
494         cpu->exit_request = 0;
495         cpu->exception_index = EXCP_INTERRUPT;
496         cpu_loop_exit(cpu);
497     }
498 }
499
500 static inline void cpu_loop_exec_tb(CPUState *cpu, TranslationBlock *tb,
501                                     TranslationBlock **last_tb, int *tb_exit,
502                                     SyncClocks *sc)
503 {
504     uintptr_t ret;
505
506     if (unlikely(cpu->exit_request)) {
507         return;
508     }
509
510     trace_exec_tb(tb, tb->pc);
511     ret = cpu_tb_exec(cpu, tb);
512     *last_tb = (TranslationBlock *)(ret & ~TB_EXIT_MASK);
513     *tb_exit = ret & TB_EXIT_MASK;
514     switch (*tb_exit) {
515     case TB_EXIT_REQUESTED:
516         /* Something asked us to stop executing
517          * chained TBs; just continue round the main
518          * loop. Whatever requested the exit will also
519          * have set something else (eg exit_request or
520          * interrupt_request) which we will handle
521          * next time around the loop.  But we need to
522          * ensure the tcg_exit_req read in generated code
523          * comes before the next read of cpu->exit_request
524          * or cpu->interrupt_request.
525          */
526         smp_rmb();
527         *last_tb = NULL;
528         break;
529     case TB_EXIT_ICOUNT_EXPIRED:
530     {
531         /* Instruction counter expired.  */
532 #ifdef CONFIG_USER_ONLY
533         abort();
534 #else
535         int insns_left = cpu->icount_decr.u32;
536         if (cpu->icount_extra && insns_left >= 0) {
537             /* Refill decrementer and continue execution.  */
538             cpu->icount_extra += insns_left;
539             insns_left = MIN(0xffff, cpu->icount_extra);
540             cpu->icount_extra -= insns_left;
541             cpu->icount_decr.u16.low = insns_left;
542         } else {
543             if (insns_left > 0) {
544                 /* Execute remaining instructions.  */
545                 cpu_exec_nocache(cpu, insns_left, *last_tb, false);
546                 align_clocks(sc, cpu);
547             }
548             cpu->exception_index = EXCP_INTERRUPT;
549             *last_tb = NULL;
550             cpu_loop_exit(cpu);
551         }
552         break;
553 #endif
554     }
555     default:
556         break;
557     }
558 }
559
560 /* main execution loop */
561
562 int cpu_exec(CPUState *cpu)
563 {
564     CPUClass *cc = CPU_GET_CLASS(cpu);
565     int ret;
566     SyncClocks sc;
567
568     /* replay_interrupt may need current_cpu */
569     current_cpu = cpu;
570
571     if (cpu_handle_halt(cpu)) {
572         return EXCP_HALTED;
573     }
574
575     atomic_mb_set(&tcg_current_cpu, cpu);
576     rcu_read_lock();
577
578     if (unlikely(atomic_mb_read(&exit_request))) {
579         cpu->exit_request = 1;
580     }
581
582     cc->cpu_exec_enter(cpu);
583
584     /* Calculate difference between guest clock and host clock.
585      * This delay includes the delay of the last cycle, so
586      * what we have to do is sleep until it is 0. As for the
587      * advance/delay we gain here, we try to fix it next time.
588      */
589     init_delay_params(&sc, cpu);
590
591     for(;;) {
592         /* prepare setjmp context for exception handling */
593         if (sigsetjmp(cpu->jmp_env, 0) == 0) {
594             TranslationBlock *tb, *last_tb = NULL;
595             int tb_exit = 0;
596
597             /* if an exception is pending, we execute it here */
598             if (cpu_handle_exception(cpu, &ret)) {
599                 break;
600             }
601
602             for(;;) {
603                 cpu_handle_interrupt(cpu, &last_tb);
604                 tb = tb_find(cpu, last_tb, tb_exit);
605                 cpu_loop_exec_tb(cpu, tb, &last_tb, &tb_exit, &sc);
606                 /* Try to align the host and virtual clocks
607                    if the guest is in advance */
608                 align_clocks(&sc, cpu);
609             } /* for(;;) */
610         } else {
611 #if defined(__clang__) || !QEMU_GNUC_PREREQ(4, 6)
612             /* Some compilers wrongly smash all local variables after
613              * siglongjmp. There were bug reports for gcc 4.5.0 and clang.
614              * Reload essential local variables here for those compilers.
615              * Newer versions of gcc would complain about this code (-Wclobbered). */
616             cpu = current_cpu;
617             cc = CPU_GET_CLASS(cpu);
618 #else /* buggy compiler */
619             /* Assert that the compiler does not smash local variables. */
620             g_assert(cpu == current_cpu);
621             g_assert(cc == CPU_GET_CLASS(cpu));
622 #endif /* buggy compiler */
623             cpu->can_do_io = 1;
624             tb_lock_reset();
625         }
626     } /* for(;;) */
627
628     cc->cpu_exec_exit(cpu);
629     rcu_read_unlock();
630
631     /* fail safe : never use current_cpu outside cpu_exec() */
632     current_cpu = NULL;
633
634     /* Does not need atomic_mb_set because a spurious wakeup is okay.  */
635     atomic_set(&tcg_current_cpu, NULL);
636     return ret;
637 }