]> git.lizzy.rs Git - rust.git/blob - src/shims/tls.rs
3339e3bee19990d2378759a9803fca3d842abdbf
[rust.git] / src / shims / tls.rs
1 //! Implement thread-local storage.
2
3 use std::collections::BTreeMap;
4 use std::collections::btree_map::Entry as BTreeEntry;
5 use std::collections::hash_map::Entry as HashMapEntry;
6
7 use log::trace;
8
9 use rustc_data_structures::fx::FxHashMap;
10 use rustc_middle::ty;
11 use rustc_target::abi::{Size, HasDataLayout};
12 use rustc_target::spec::abi::Abi;
13
14 use crate::*;
15
16 pub type TlsKey = u128;
17
18 #[derive(Clone, Debug)]
19 pub struct TlsEntry<'tcx> {
20     /// The data for this key. None is used to represent NULL.
21     /// (We normalize this early to avoid having to do a NULL-ptr-test each time we access the data.)
22     data: BTreeMap<ThreadId, Scalar<Tag>>,
23     dtor: Option<ty::Instance<'tcx>>,
24 }
25
26 #[derive(Clone, Debug)]
27 struct RunningDtorsState {
28     /// The last TlsKey used to retrieve a TLS destructor. `None` means that we
29     /// have not tried to retrieve a TLS destructor yet or that we already tried
30     /// all keys.
31     last_dtor_key: Option<TlsKey>,
32 }
33
34 #[derive(Debug)]
35 pub struct TlsData<'tcx> {
36     /// The Key to use for the next thread-local allocation.
37     next_key: TlsKey,
38
39     /// pthreads-style thread-local storage.
40     keys: BTreeMap<TlsKey, TlsEntry<'tcx>>,
41
42     /// A single per thread destructor of the thread local storage (that's how
43     /// things work on macOS) with a data argument.
44     macos_thread_dtors: BTreeMap<ThreadId, (ty::Instance<'tcx>, Scalar<Tag>)>,
45
46     /// State for currently running TLS dtors. If this map contains a key for a
47     /// specific thread, it means that we are in the "destruct" phase, during
48     /// which some operations are UB.
49     dtors_running: FxHashMap<ThreadId, RunningDtorsState>,
50 }
51
52 impl<'tcx> Default for TlsData<'tcx> {
53     fn default() -> Self {
54         TlsData {
55             next_key: 1, // start with 1 as we must not use 0 on Windows
56             keys: Default::default(),
57             macos_thread_dtors: Default::default(),
58             dtors_running: Default::default(),
59         }
60     }
61 }
62
63 impl<'tcx> TlsData<'tcx> {
64     /// Generate a new TLS key with the given destructor.
65     /// `max_size` determines the integer size the key has to fit in.
66     pub fn create_tls_key(&mut self, dtor: Option<ty::Instance<'tcx>>, max_size: Size) -> InterpResult<'tcx, TlsKey> {
67         let new_key = self.next_key;
68         self.next_key += 1;
69         self.keys.try_insert(new_key, TlsEntry { data: Default::default(), dtor }).unwrap();
70         trace!("New TLS key allocated: {} with dtor {:?}", new_key, dtor);
71
72         if max_size.bits() < 128 && new_key >= (1u128 << max_size.bits() as u128) {
73             throw_unsup_format!("we ran out of TLS key space");
74         }
75         Ok(new_key)
76     }
77
78     pub fn delete_tls_key(&mut self, key: TlsKey) -> InterpResult<'tcx> {
79         match self.keys.remove(&key) {
80             Some(_) => {
81                 trace!("TLS key {} removed", key);
82                 Ok(())
83             }
84             None => throw_ub_format!("removing a non-existig TLS key: {}", key),
85         }
86     }
87
88     pub fn load_tls(
89         &self,
90         key: TlsKey,
91         thread_id: ThreadId,
92         cx: &impl HasDataLayout,
93     ) -> InterpResult<'tcx, Scalar<Tag>> {
94         match self.keys.get(&key) {
95             Some(TlsEntry { data, .. }) => {
96                 let value = data.get(&thread_id).copied();
97                 trace!("TLS key {} for thread {:?} loaded: {:?}", key, thread_id, value);
98                 Ok(value.unwrap_or_else(|| Scalar::null_ptr(cx).into()))
99             }
100             None => throw_ub_format!("loading from a non-existing TLS key: {}", key),
101         }
102     }
103
104     pub fn store_tls(
105         &mut self,
106         key: TlsKey,
107         thread_id: ThreadId,
108         new_data: Option<Scalar<Tag>>
109     ) -> InterpResult<'tcx> {
110         match self.keys.get_mut(&key) {
111             Some(TlsEntry { data, .. }) => {
112                 match new_data {
113                     Some(scalar) => {
114                         trace!("TLS key {} for thread {:?} stored: {:?}", key, thread_id, scalar);
115                         data.insert(thread_id, scalar);
116                     }
117                     None => {
118                         trace!("TLS key {} for thread {:?} removed", key, thread_id);
119                         data.remove(&thread_id);
120                     }
121                 }
122                 Ok(())
123             }
124             None => throw_ub_format!("storing to a non-existing TLS key: {}", key),
125         }
126     }
127
128     /// Set the thread wide destructor of the thread local storage for the given
129     /// thread. This function is used to implement `_tlv_atexit` shim on MacOS.
130     ///
131     /// Thread wide dtors are available only on MacOS. There is one destructor
132     /// per thread as can be guessed from the following comment in the
133     /// [`_tlv_atexit`
134     /// implementation](https://github.com/opensource-apple/dyld/blob/195030646877261f0c8c7ad8b001f52d6a26f514/src/threadLocalVariables.c#L389):
135     ///
136     ///     // NOTE: this does not need locks because it only operates on current thread data
137     pub fn set_macos_thread_dtor(
138         &mut self,
139         thread: ThreadId,
140         dtor: ty::Instance<'tcx>,
141         data: Scalar<Tag>
142     ) -> InterpResult<'tcx> {
143         if self.dtors_running.contains_key(&thread) {
144             // UB, according to libstd docs.
145             throw_ub_format!("setting thread's local storage destructor while destructors are already running");
146         }
147         if self.macos_thread_dtors.insert(thread, (dtor, data)).is_some() {
148             throw_unsup_format!("setting more than one thread local storage destructor for the same thread is not supported");
149         }
150         Ok(())
151     }
152
153     /// Returns a dtor, its argument and its index, if one is supposed to run.
154     /// `key` is the last dtors that was run; we return the *next* one after that.
155     ///
156     /// An optional destructor function may be associated with each key value.
157     /// At thread exit, if a key value has a non-NULL destructor pointer,
158     /// and the thread has a non-NULL value associated with that key,
159     /// the value of the key is set to NULL, and then the function pointed
160     /// to is called with the previously associated value as its sole argument.
161     /// The order of destructor calls is unspecified if more than one destructor
162     /// exists for a thread when it exits.
163     ///
164     /// If, after all the destructors have been called for all non-NULL values
165     /// with associated destructors, there are still some non-NULL values with
166     /// associated destructors, then the process is repeated.
167     /// If, after at least {PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS} iterations of destructor
168     /// calls for outstanding non-NULL values, there are still some non-NULL values
169     /// with associated destructors, implementations may stop calling destructors,
170     /// or they may continue calling destructors until no non-NULL values with
171     /// associated destructors exist, even though this might result in an infinite loop.
172     fn fetch_tls_dtor(
173         &mut self,
174         key: Option<TlsKey>,
175         thread_id: ThreadId,
176     ) -> Option<(ty::Instance<'tcx>, Scalar<Tag>, TlsKey)> {
177         use std::ops::Bound::*;
178
179         let thread_local = &mut self.keys;
180         let start = match key {
181             Some(key) => Excluded(key),
182             None => Unbounded,
183         };
184         for (&key, TlsEntry { data, dtor }) in
185             thread_local.range_mut((start, Unbounded))
186         {
187             match data.entry(thread_id) {
188                 BTreeEntry::Occupied(entry) => {
189                     if let Some(dtor) = dtor {
190                         // Set TLS data to NULL, and call dtor with old value.
191                         let data_scalar = entry.remove();
192                         let ret = Some((*dtor, data_scalar, key));
193                         return ret;
194                     }
195                 }
196                 BTreeEntry::Vacant(_) => {}
197             }
198         }
199         None
200     }
201
202     /// Set that dtors are running for `thread`. It is guaranteed not to change
203     /// the existing values stored in `dtors_running` for this thread. Returns
204     /// `true` if dtors for `thread` are already running.
205     fn set_dtors_running_for_thread(&mut self, thread: ThreadId) -> bool {
206         match self.dtors_running.entry(thread) {
207             HashMapEntry::Occupied(_) => true,
208             HashMapEntry::Vacant(entry) => {
209                 // We cannot just do `self.dtors_running.insert` because that
210                 // would overwrite `last_dtor_key` with `None`.
211                 entry.insert(RunningDtorsState { last_dtor_key: None });
212                 false
213             }
214         }
215     }
216
217     /// Delete all TLS entries for the given thread. This function should be
218     /// called after all TLS destructors have already finished.
219     fn delete_all_thread_tls(&mut self, thread_id: ThreadId) {
220         for TlsEntry { data, .. } in self.keys.values_mut() {
221             data.remove(&thread_id);
222         }
223     }
224 }
225
226 impl<'mir, 'tcx: 'mir> EvalContextPrivExt<'mir, 'tcx> for crate::MiriEvalContext<'mir, 'tcx> {}
227 trait EvalContextPrivExt<'mir, 'tcx: 'mir>: crate::MiriEvalContextExt<'mir, 'tcx> {
228     /// Schedule TLS destructors for the main thread on Windows. The
229     /// implementation assumes that we do not support concurrency on Windows
230     /// yet.
231     fn schedule_windows_tls_dtors(&mut self) -> InterpResult<'tcx> {
232         let this = self.eval_context_mut();
233         let active_thread = this.get_active_thread();
234         assert_eq!(this.get_total_thread_count(), 1, "concurrency on Windows is not supported");
235         // Windows has a special magic linker section that is run on certain events.
236         // Instead of searching for that section and supporting arbitrary hooks in there
237         // (that would be basically https://github.com/rust-lang/miri/issues/450),
238         // we specifically look up the static in libstd that we know is placed
239         // in that section.
240         let thread_callback = this.eval_path_scalar(&["std", "sys", "windows", "thread_local_key", "p_thread_callback"])?;
241         let thread_callback = this.memory.get_fn(thread_callback.check_init()?)?.as_instance()?;
242
243         // The signature of this function is `unsafe extern "system" fn(h: c::LPVOID, dwReason: c::DWORD, pv: c::LPVOID)`.
244         let reason = this.eval_path_scalar(&["std", "sys", "windows", "c", "DLL_THREAD_DETACH"])?;
245         let ret_place = MPlaceTy::dangling(this.machine.layouts.unit, this).into();
246         this.call_function(
247             thread_callback,
248             Abi::System { unwind: false },
249             &[Scalar::null_ptr(this).into(), reason.into(), Scalar::null_ptr(this).into()],
250             Some(&ret_place),
251             StackPopCleanup::None { cleanup: true },
252         )?;
253
254         this.enable_thread(active_thread);
255         Ok(())
256     }
257
258     /// Schedule the MacOS thread destructor of the thread local storage to be
259     /// executed. Returns `true` if scheduled.
260     ///
261     /// Note: It is safe to call this function also on other Unixes.
262     fn schedule_macos_tls_dtor(&mut self) -> InterpResult<'tcx, bool> {
263         let this = self.eval_context_mut();
264         let thread_id = this.get_active_thread();
265         if let Some((instance, data)) = this.machine.tls.macos_thread_dtors.remove(&thread_id) {
266             trace!("Running macos dtor {:?} on {:?} at {:?}", instance, data, thread_id);
267
268             let ret_place = MPlaceTy::dangling(this.machine.layouts.unit, this).into();
269             this.call_function(
270                 instance,
271                 Abi::C { unwind: false },
272                 &[data.into()],
273                 Some(&ret_place),
274                 StackPopCleanup::None { cleanup: true },
275             )?;
276
277             // Enable the thread so that it steps through the destructor which
278             // we just scheduled. Since we deleted the destructor, it is
279             // guaranteed that we will schedule it again. The `dtors_running`
280             // flag will prevent the code from adding the destructor again.
281             this.enable_thread(thread_id);
282             Ok(true)
283         } else {
284             Ok(false)
285         }
286     }
287
288     /// Schedule a pthread TLS destructor. Returns `true` if found
289     /// a destructor to schedule, and `false` otherwise.
290     fn schedule_next_pthread_tls_dtor(&mut self) -> InterpResult<'tcx, bool> {
291         let this = self.eval_context_mut();
292         let active_thread = this.get_active_thread();
293
294         assert!(this.has_terminated(active_thread), "running TLS dtors for non-terminated thread");
295         // Fetch next dtor after `key`.
296         let last_key = this.machine.tls.dtors_running[&active_thread].last_dtor_key.clone();
297         let dtor = match this.machine.tls.fetch_tls_dtor(last_key, active_thread) {
298             dtor @ Some(_) => dtor,
299             // We ran each dtor once, start over from the beginning.
300             None => {
301                 this.machine.tls.fetch_tls_dtor(None, active_thread)
302             }
303         };
304         if let Some((instance, ptr, key)) = dtor {
305             this.machine.tls.dtors_running.get_mut(&active_thread).unwrap().last_dtor_key = Some(key);
306             trace!("Running TLS dtor {:?} on {:?} at {:?}", instance, ptr, active_thread);
307             assert!(!this.is_null(ptr).unwrap(), "data can't be NULL when dtor is called!");
308
309             let ret_place = MPlaceTy::dangling(this.machine.layouts.unit, this).into();
310             this.call_function(
311                 instance,
312                 Abi::C { unwind: false },
313                 &[ptr.into()],
314                 Some(&ret_place),
315                 StackPopCleanup::None { cleanup: true },
316             )?;
317
318             this.enable_thread(active_thread);
319             return Ok(true);
320         }
321         this.machine.tls.dtors_running.get_mut(&active_thread).unwrap().last_dtor_key = None;
322
323         Ok(false)
324     }
325 }
326
327 impl<'mir, 'tcx: 'mir> EvalContextExt<'mir, 'tcx> for crate::MiriEvalContext<'mir, 'tcx> {}
328 pub trait EvalContextExt<'mir, 'tcx: 'mir>: crate::MiriEvalContextExt<'mir, 'tcx> {
329
330     /// Schedule an active thread's TLS destructor to run on the active thread.
331     /// Note that this function does not run the destructors itself, it just
332     /// schedules them one by one each time it is called and reenables the
333     /// thread so that it can be executed normally by the main execution loop.
334     ///
335     /// Note: we consistently run TLS destructors for all threads, including the
336     /// main thread. However, it is not clear that we should run the TLS
337     /// destructors for the main thread. See issue:
338     /// https://github.com/rust-lang/rust/issues/28129.
339     fn schedule_next_tls_dtor_for_active_thread(&mut self) -> InterpResult<'tcx> {
340         let this = self.eval_context_mut();
341         let active_thread = this.get_active_thread();
342
343         if !this.machine.tls.set_dtors_running_for_thread(active_thread) {
344             // This is the first time we got asked to schedule a destructor. The
345             // Windows schedule destructor function must be called exactly once,
346             // this is why it is in this block.
347             if this.tcx.sess.target.os == "windows" {
348                 // On Windows, we signal that the thread quit by starting the
349                 // relevant function, reenabling the thread, and going back to
350                 // the scheduler.
351                 this.schedule_windows_tls_dtors()?;
352                 return Ok(())
353             }
354         }
355         // The remaining dtors make some progress each time around the scheduler loop,
356         // until they return `false` to indicate that they are done.
357
358         // The macOS thread wide destructor runs "before any TLS slots get
359         // freed", so do that first.
360         if this.schedule_macos_tls_dtor()? {
361             // We have scheduled a MacOS dtor to run on the thread. Execute it
362             // to completion and come back here. Scheduling a destructor
363             // destroys it, so we will not enter this branch again.
364             return Ok(())
365         }
366         if this.schedule_next_pthread_tls_dtor()? {
367             // We have scheduled a pthread destructor and removed it from the
368             // destructors list. Run it to completion and come back here.
369             return Ok(())
370         }
371
372         // All dtors done!
373         this.machine.tls.delete_all_thread_tls(active_thread);
374         this.thread_terminated()?;
375
376         Ok(())
377     }
378 }