1de2bad06c61ad57af4baf52fe02930639b0bf8a
[dragonfly.git] / sys / platform / pc32 / i386 / vm_machdep.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 1982, 1986 The Regents of the University of California.
3  * Copyright (c) 1989, 1990 William Jolitz
4  * Copyright (c) 1994 John Dyson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
8  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
9  * Science Department, and William Jolitz.
10  *
11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
12  * modification, are permitted provided that the following conditions
13  * are met:
14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
20  *    must display the following acknowledgement:
21  *      This product includes software developed by the University of
22  *      California, Berkeley and its contributors.
23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
25  *    without specific prior written permission.
26  *
27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
37  * SUCH DAMAGE.
38  *
39  *      from: @(#)vm_machdep.c  7.3 (Berkeley) 5/13/91
40  *      Utah $Hdr: vm_machdep.c 1.16.1.1 89/06/23$
41  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/vm_machdep.c,v 1.132.2.9 2003/01/25 19:02:23 dillon Exp $
42  * $DragonFly: src/sys/platform/pc32/i386/vm_machdep.c,v 1.46 2006/09/19 11:47:35 corecode Exp $
43  */
44
45 #include "use_npx.h"
46 #include "use_isa.h"
47 #include "opt_reset.h"
48
49 #include <sys/param.h>
50 #include <sys/systm.h>
51 #include <sys/malloc.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/buf.h>
54 #include <sys/interrupt.h>
55 #include <sys/vnode.h>
56 #include <sys/vmmeter.h>
57 #include <sys/kernel.h>
58 #include <sys/sysctl.h>
59 #include <sys/unistd.h>
60
61 #include <machine/clock.h>
62 #include <machine/cpu.h>
63 #include <machine/md_var.h>
64 #include <machine/smp.h>
65 #include <machine/pcb.h>
66 #include <machine/pcb_ext.h>
67 #include <machine/vm86.h>
68 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
69 #include <machine/ipl.h>        /* SWI_ */
70
71 #include <vm/vm.h>
72 #include <vm/vm_param.h>
73 #include <sys/lock.h>
74 #include <vm/vm_kern.h>
75 #include <vm/vm_page.h>
76 #include <vm/vm_map.h>
77 #include <vm/vm_extern.h>
78
79 #include <sys/user.h>
80 #include <sys/thread2.h>
81
82 #include <bus/isa/i386/isa.h>
83
84 static void     cpu_reset_real (void);
85 #ifdef SMP
86 static void     cpu_reset_proxy (void);
87 static u_int    cpu_reset_proxyid;
88 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
89 #endif
90 extern int      _ucodesel, _udatasel;
91
92
93 /*
94  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
95  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
96  * ready to run and return to user mode.
97  */
98 void
99 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
100 {
101         struct pcb *pcb2;
102
103         if ((flags & RFPROC) == 0) {
104                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
105                         /* unshare user LDT */
106                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
107                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
108                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
109                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
110                                 user_ldt_free(pcb1);
111                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
112                                 set_user_ldt(pcb1);
113                         }
114                 }
115                 return;
116         }
117
118 #if NNPX > 0
119         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
120         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
121                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
122 #endif
123         
124         /*
125          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
126          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
127          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
128          * the register state (including pcb_gs) may not be current.
129          */
130         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
131         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
132
133         /*
134          * Create a new fresh stack for the new process.
135          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
136          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
137          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
138          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
139          *
140          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
141          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
142          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
143          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
144          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
145          *
146          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
147          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
148          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
149          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
150          * all the extra crap we are setting up.
151          */
152         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
153         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
154
155         /*
156          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
157          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
158          */
159         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pdir);
160         pcb2->pcb_edi = 0;
161         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
162         pcb2->pcb_ebp = 0;
163         pcb2->pcb_esp = (int)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
164         pcb2->pcb_ebx = (int)lp2;               /* fork_trampoline argument */
165         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
166         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
167         *(u_int32_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
168         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
169         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
170
171         /*
172          * Segment registers.
173          */
174         pcb2->pcb_gs = rgs();
175
176         /*
177          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
178          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
179          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
180          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
181          */
182
183         /*
184          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
185          */
186         pcb2->pcb_ext = 0;
187
188         /* Copy the LDT, if necessary. */
189         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
190                 if (flags & RFMEM) {
191                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
192                 } else {
193                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
194                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
195                 }
196         }
197         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
198               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
199         /*
200          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
201          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
202          * containing the return address when exiting cpu_switch.
203          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
204          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
205          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
206          * the return to user-mode.
207          */
208 }
209
210 /*
211  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
212  * been scheduled yet.
213  *
214  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
215  */
216 void
217 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *), void *arg)
218 {
219         /*
220          * Note that the trap frame follows the args, so the function
221          * is really called like this:  func(arg, frame);
222          */
223         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
224         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
225 }
226
227 void
228 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
229 {
230         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
231         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
232         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
233         td->td_sp -= sizeof(void *);
234         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
235         td->td_sp -= sizeof(void *);
236         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
237 }
238
239 void
240 cpu_proc_exit(void)
241 {
242         struct thread *td = curthread;
243         struct pcb *pcb;
244         struct pcb_ext *ext;
245
246 #if NNPX > 0
247         npxexit();
248 #endif  /* NNPX */
249
250         /*
251          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
252          * to switch back to the common TSS before freeing it.
253          */
254         pcb = td->td_pcb;
255         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
256                 crit_enter();
257                 pcb->pcb_ext = NULL;
258                 td->td_switch(td);
259                 crit_exit();
260                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
261         }
262         user_ldt_free(pcb);
263         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
264                 /*
265                  * disable all hardware breakpoints
266                  */
267                 reset_dbregs();
268                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
269         }
270         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
271
272         crit_enter_quick(td);
273         lwkt_deschedule_self(td);
274         lwkt_remove_tdallq(td);
275         cpu_thread_exit();
276 }
277
278 /*
279  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
280  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
281  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
282  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
283  * out the stack.
284  *
285  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
286  */
287 void
288 cpu_thread_exit(void)
289 {
290         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
291         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
292         lwkt_switch();
293         panic("cpu_exit");
294 }
295
296 /*
297  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
298  * rwlock and removed it from the reap list.
299  */
300 void
301 cpu_proc_wait(struct proc *p)
302 {
303         struct thread *td;
304
305         /* drop per-process resources */
306         td = pmap_dispose_proc(p);
307         if (td)
308                 lwkt_free_thread(td);
309 }
310
311 /*
312  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
313  */
314 int
315 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
316 {
317         struct proc *p = td->td_proc;
318         int error;
319         caddr_t tempuser;
320
321         KKASSERT(p);
322         tempuser = kmalloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
323         if (!tempuser)
324                 return EINVAL;
325         
326         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
327         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
328         bcopy(p->p_md.md_regs,
329               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
330               sizeof(struct trapframe));
331         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
332
333         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
334                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL);
335
336         kfree(tempuser, M_TEMP);
337         
338         return error;
339 }
340
341 #ifdef notyet
342 static void
343 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
344 {
345 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
346    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
347    this means though that protection violations need to be handled
348    thru a double fault exception that must do an integral task
349    switch to a known good context, within which a dump can be
350    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
351    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
352    and take the dump while still in mapped mode */
353 }
354 #endif
355
356 /*
357  * Convert kernel VA to physical address
358  */
359 vm_paddr_t
360 kvtop(void *addr)
361 {
362         vm_paddr_t pa;
363
364         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
365         if (pa == 0)
366                 panic("kvtop: zero page frame");
367         return (pa);
368 }
369
370 /*
371  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
372  */
373
374 #ifdef SMP
375 static void
376 cpu_reset_proxy(void)
377 {
378         u_int saved_mp_lock;
379
380         cpu_reset_proxy_active = 1;
381         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
382                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
383         saved_mp_lock = mp_lock;
384         mp_lock = 0;    /* BSP */
385         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
386         cpu_reset_proxy_active = 3;
387         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
388                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
389         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
390         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
391         DELAY(1000000);
392         cpu_reset_real();
393 }
394 #endif
395
396 void
397 cpu_reset(void)
398 {
399 #ifdef SMP
400         if (smp_active_mask == 1) {
401                 cpu_reset_real();
402                 /* NOTREACHED */
403         } else {
404                 u_int map;
405                 int cnt;
406                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
407
408                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
409
410                 if (map != 0) {
411                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
412                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
413                 }
414
415                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
416                         DELAY(1000000);
417                         cpu_reset_real();
418                         /* NOTREACHED */
419                 } else {
420                         /* We are not BSP (CPU #0) */
421
422                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
423                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
424                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
425                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
426
427                         cnt = 0;
428                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
429                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
430                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
431                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
432                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
433                         cpu_reset_proxy_active = 2;
434                         cnt = 0;
435                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
436                                 cnt++;  /* Do nothing */
437                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
438                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
439                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
440                         }
441                         cpu_reset_proxy_active = 4;
442                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
443                         while (1);
444                         /* NOTREACHED */
445                 }
446         }
447 #else
448         cpu_reset_real();
449 #endif
450 }
451
452 static void
453 cpu_reset_real(void)
454 {
455         /*
456          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
457          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
458          * to do the reset here would then end up in no man's land.
459          */
460
461 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
462         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
463         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
464         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
465         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
466 #endif
467         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
468         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
469
470         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
471         cpu_invltlb();
472         /* NOTREACHED */
473         while(1);
474 }
475
476 int
477 grow_stack(struct proc *p, u_int sp)
478 {
479         int rv;
480
481         rv = vm_map_growstack (p, sp);
482         if (rv != KERN_SUCCESS)
483                 return (0);
484
485         return (1);
486 }
487
488 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
489
490 static int cnt_prezero;
491
492 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
493         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
494
495 /*
496  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
497  * This routine is called from the idle loop.
498  */
499
500 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
501 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
502
503 int
504 vm_page_zero_idle(void)
505 {
506         static int free_rover;
507         static int zero_state;
508         vm_page_t m;
509
510         /*
511          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
512          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
513          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
514          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
515          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
516          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
517          */
518
519         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(vmstats.v_free_count))
520                 return(0);
521         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
522                 return(0);
523
524 #ifdef SMP
525         if (try_mplock()) {
526 #endif
527                 crit_enter();
528                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
529                 zero_state = 0;
530                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
531                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
532                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
533                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
534                         m->queue = PQ_NONE;
535                         crit_exit();
536                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
537                         crit_enter();
538                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
539                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
540                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
541                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
542                             pageq);
543                         ++vm_page_zero_count;
544                         ++cnt_prezero;
545                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
546                                 zero_state = 1;
547                 }
548                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
549                 crit_exit();
550                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
551 #ifdef SMP
552                 rel_mplock();
553 #endif
554                 return (1);
555 #ifdef SMP
556         }
557 #endif
558         /*
559          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
560          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
561          * swtch.s
562          */
563         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
564         return (0);
565 }
566
567 static void
568 swi_vm(void *arg, void *frame)
569 {
570         if (busdma_swi_pending != 0)
571                 busdma_swi();
572 }
573
574 static void
575 swi_vm_setup(void *arg)
576 {
577         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
578 }
579
580 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
581
582
583 /*
584  * Tell whether this address is in some physical memory region.
585  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
586  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
587  * or other unpredictable behaviour.
588  */
589
590 int
591 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
592 {
593
594 #if NISA > 0
595         /* The ISA ``memory hole''. */
596         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
597                 return 0;
598 #endif
599
600         /*
601          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
602          * here
603          */
604
605         return 1;
606 }