lib/libthr/thread/thr_stack.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2001 Daniel Eischen <deischen@freebsd.org>
   3  * Copyright (c) 2000-2001 Jason Evans <jasone@freebsd.org>
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  13  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHORS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  16  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  17  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  19  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  21  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  22  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  23  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  24  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  25  * SUCH DAMAGE.
  26  *
  27  * $FreeBSD$
  28  */
  29
  30 #include <sys/types.h>
  31 #include <sys/mman.h>
  32 #include <sys/queue.h>
  33 #include <sys/resource.h>
  34 #include <sys/sysctl.h>
  35 #include <stdlib.h>
  36 #include <pthread.h>
  37 #include <link.h>
  38
  39 #include "thr_private.h"
  40
  41 /* Spare thread stack. */
  42 struct stack {
  43         LIST_ENTRY(stack)       qe;             /* Stack queue linkage. */
  44         size_t                  stacksize;      /* Stack size (rounded up). */
  45         size_t                  guardsize;      /* Guard size. */
  46         void                    *stackaddr;     /* Stack address. */
  47 };
  48
  49 /*
  50  * Default sized (stack and guard) spare stack queue.  Stacks are cached
  51  * to avoid additional complexity managing mmap()ed stack regions.  Spare
  52  * stacks are used in LIFO order to increase cache locality.
  53  */
  54 static LIST_HEAD(, stack)       dstackq = LIST_HEAD_INITIALIZER(dstackq);
  55
  56 /*
  57  * Miscellaneous sized (non-default stack and/or guard) spare stack queue.
  58  * Stacks are cached to avoid additional complexity managing mmap()ed
  59  * stack regions.  This list is unordered, since ordering on both stack
  60  * size and guard size would be more trouble than it's worth.  Stacks are
  61  * allocated from this cache on a first size match basis.
  62  */
  63 static LIST_HEAD(, stack)       mstackq = LIST_HEAD_INITIALIZER(mstackq);
  64
  65 /**
  66  * Base address of the last stack allocated (including its red zone, if
  67  * there is one).  Stacks are allocated contiguously, starting beyond the
  68  * top of the main stack.  When a new stack is created, a red zone is
  69  * typically created (actually, the red zone is mapped with PROT_NONE) above
  70  * the top of the stack, such that the stack will not be able to grow all
  71  * the way to the bottom of the next stack.  This isn't fool-proof.  It is
  72  * possible for a stack to grow by a large amount, such that it grows into
  73  * the next stack, and as long as the memory within the red zone is never
  74  * accessed, nothing will prevent one thread stack from trouncing all over
  75  * the next.
  76  *
  77  * low memory
  78  *     . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  79  *    |                                   |
  80  *    |             stack 3               | start of 3rd thread stack
  81  *    +-----------------------------------+
  82  *    |                                   |
  83  *    |       Red Zone (guard page)       | red zone for 2nd thread
  84  *    |                                   |
  85  *    +-----------------------------------+
  86  *    |  stack 2 - _thr_stack_default     | top of 2nd thread stack
  87  *    |                                   |
  88  *    |                                   |
  89  *    |                                   |
  90  *    |                                   |
  91  *    |             stack 2               |
  92  *    +-----------------------------------+ <-- start of 2nd thread stack
  93  *    |                                   |
  94  *    |       Red Zone                    | red zone for 1st thread
  95  *    |                                   |
  96  *    +-----------------------------------+
  97  *    |  stack 1 - _thr_stack_default     | top of 1st thread stack
  98  *    |                                   |
  99  *    |                                   |
 100  *    |                                   |
 101  *    |                                   |
 102  *    |             stack 1               |
 103  *    +-----------------------------------+ <-- start of 1st thread stack
 104  *    |                                   |   (initial value of last_stack)
 105  *    |       Red Zone                    |
 106  *    |                                   | red zone for main thread
 107  *    +-----------------------------------+
 108  *    | USRSTACK - _thr_stack_initial     | top of main thread stack
 109  *    |                                   | ^
 110  *    |                                   | |
 111  *    |                                   | |
 112  *    |                                   | | stack growth
 113  *    |                                   |
 114  *    +-----------------------------------+ <-- start of main thread stack
 115  *                                              (USRSTACK)
 116  * high memory
 117  *
 118  */
 119 static char *last_stack = NULL;
 120
 121 /*
 122  * Round size up to the nearest multiple of
 123  * _thr_page_size.
 124  */
 125 static inline size_t
 126 round_up(size_t size)
 127 {
 128         if (size % _thr_page_size != 0)
 129                 size = ((size / _thr_page_size) + 1) *
 130                     _thr_page_size;
 131         return size;
 132 }
 133
 134 void
 135 _thr_stack_fix_protection(struct pthread *thrd)
 136 {
 137
 138         mprotect((char *)thrd->attr.stackaddr_attr +
 139             round_up(thrd->attr.guardsize_attr),
 140             round_up(thrd->attr.stacksize_attr),
 141             _rtld_get_stack_prot());
 142 }
 143
 144 static void
 145 singlethread_map_stacks_exec(void)
 146 {
 147         int mib[2];
 148         struct rlimit rlim;
 149         u_long usrstack;
 150         size_t len;
 151
 152         mib[0] = CTL_KERN;
 153         mib[1] = KERN_USRSTACK;
 154         len = sizeof(usrstack);
 155         if (sysctl(mib, sizeof(mib) / sizeof(mib[0]), &usrstack, &len, NULL, 0)
 156             == -1)
 157                 return;
 158         if (getrlimit(RLIMIT_STACK, &rlim) == -1)
 159                 return;
 160         mprotect((void *)(uintptr_t)(usrstack - rlim.rlim_cur),
 161             rlim.rlim_cur, _rtld_get_stack_prot());
 162 }
 163
 164 void __pthread_map_stacks_exec(void);
 165 void
 166 __pthread_map_stacks_exec(void)
 167 {
 168         struct pthread *curthread, *thrd;
 169         struct stack *st;
 170
 171         if (!_thr_is_inited()) {
 172                 singlethread_map_stacks_exec();
 173                 return;
 174         }
 175         curthread = _get_curthread();
 176         THREAD_LIST_RDLOCK(curthread);
 177         LIST_FOREACH(st, &mstackq, qe)
 178                 mprotect((char *)st->stackaddr + st->guardsize, st->stacksize,
 179                     _rtld_get_stack_prot());
 180         LIST_FOREACH(st, &dstackq, qe)
 181                 mprotect((char *)st->stackaddr + st->guardsize, st->stacksize,
 182                     _rtld_get_stack_prot());
 183         TAILQ_FOREACH(thrd, &_thread_gc_list, gcle)
 184                 _thr_stack_fix_protection(thrd);
 185         TAILQ_FOREACH(thrd, &_thread_list, tle)
 186                 _thr_stack_fix_protection(thrd);
 187         THREAD_LIST_UNLOCK(curthread);
 188 }
 189
 190 int
 191 _thr_stack_alloc(struct pthread_attr *attr)
 192 {
 193         struct pthread *curthread = _get_curthread();
 194         struct stack *spare_stack;
 195         size_t stacksize;
 196         size_t guardsize;
 197         char *stackaddr;
 198
 199         /*
 200          * Round up stack size to nearest multiple of _thr_page_size so
 201          * that mmap() * will work.  If the stack size is not an even
 202          * multiple, we end up initializing things such that there is
 203          * unused space above the beginning of the stack, so the stack
 204          * sits snugly against its guard.
 205          */
 206         stacksize = round_up(attr->stacksize_attr);
 207         guardsize = round_up(attr->guardsize_attr);
 208
 209         attr->stackaddr_attr = NULL;
 210         attr->flags &= ~THR_STACK_USER;
 211
 212         /*
 213          * Use the garbage collector lock for synchronization of the
 214          * spare stack lists and allocations from usrstack.
 215          */
 216         THREAD_LIST_WRLOCK(curthread);
 217         /*
 218          * If the stack and guard sizes are default, try to allocate a stack
 219          * from the default-size stack cache:
 220          */
 221         if ((stacksize == THR_STACK_DEFAULT) &&
 222             (guardsize == _thr_guard_default)) {
 223                 if ((spare_stack = LIST_FIRST(&dstackq)) != NULL) {
 224                         /* Use the spare stack. */
 225                         LIST_REMOVE(spare_stack, qe);
 226                         attr->stackaddr_attr = spare_stack->stackaddr;
 227                 }
 228         }
 229         /*
 230          * The user specified a non-default stack and/or guard size, so try to
 231          * allocate a stack from the non-default size stack cache, using the
 232          * rounded up stack size (stack_size) in the search:
 233          */
 234         else {
 235                 LIST_FOREACH(spare_stack, &mstackq, qe) {
 236                         if (spare_stack->stacksize == stacksize &&
 237                             spare_stack->guardsize == guardsize) {
 238                                 LIST_REMOVE(spare_stack, qe);
 239                                 attr->stackaddr_attr = spare_stack->stackaddr;
 240                                 break;
 241                         }
 242                 }
 243         }
 244         if (attr->stackaddr_attr != NULL) {
 245                 /* A cached stack was found.  Release the lock. */
 246                 THREAD_LIST_UNLOCK(curthread);
 247         }
 248         else {
 249                 /* Allocate a stack from usrstack. */
 250                 if (last_stack == NULL)
 251                         last_stack = _usrstack - _thr_stack_initial -
 252                             _thr_guard_default;
 253
 254                 /* Allocate a new stack. */
 255                 stackaddr = last_stack - stacksize - guardsize;
 256
 257                 /*
 258                  * Even if stack allocation fails, we don't want to try to
 259                  * use this location again, so unconditionally decrement
 260                  * last_stack.  Under normal operating conditions, the most
 261                  * likely reason for an mmap() error is a stack overflow of
 262                  * the adjacent thread stack.
 263                  */
 264                 last_stack -= (stacksize + guardsize);
 265
 266                 /* Release the lock before mmap'ing it. */
 267                 THREAD_LIST_UNLOCK(curthread);
 268
 269                 /* Map the stack and guard page together, and split guard
 270                    page from allocated space: */
 271                 if ((stackaddr = mmap(stackaddr, stacksize+guardsize,
 272                      _rtld_get_stack_prot(), MAP_STACK,
 273                      -1, 0)) != MAP_FAILED &&
 274                     (guardsize == 0 ||
 275                      mprotect(stackaddr, guardsize, PROT_NONE) == 0)) {
 276                         stackaddr += guardsize;
 277                 } else {
 278                         if (stackaddr != MAP_FAILED)
 279                                 munmap(stackaddr, stacksize + guardsize);
 280                         stackaddr = NULL;
 281                 }
 282                 attr->stackaddr_attr = stackaddr;
 283         }
 284         if (attr->stackaddr_attr != NULL)
 285                 return (0);
 286         else
 287                 return (-1);
 288 }
 289
 290 /* This function must be called with _thread_list_lock held. */
 291 void
 292 _thr_stack_free(struct pthread_attr *attr)
 293 {
 294         struct stack *spare_stack;
 295
 296         if ((attr != NULL) && ((attr->flags & THR_STACK_USER) == 0)
 297             && (attr->stackaddr_attr != NULL)) {
 298                 spare_stack = (struct stack *)
 299                         ((char *)attr->stackaddr_attr +
 300                         attr->stacksize_attr - sizeof(struct stack));
 301                 spare_stack->stacksize = round_up(attr->stacksize_attr);
 302                 spare_stack->guardsize = round_up(attr->guardsize_attr);
 303                 spare_stack->stackaddr = attr->stackaddr_attr;
 304
 305                 if (spare_stack->stacksize == THR_STACK_DEFAULT &&
 306                     spare_stack->guardsize == _thr_guard_default) {
 307                         /* Default stack/guard size. */
 308                         LIST_INSERT_HEAD(&dstackq, spare_stack, qe);
 309                 } else {
 310                         /* Non-default stack/guard size. */
 311                         LIST_INSERT_HEAD(&mstackq, spare_stack, qe);
 312                 }
 313                 attr->stackaddr_attr = NULL;
 314         }
 315 }