kernel - Misc fixes and debugging
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / 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  * Copyright (c) 2008 The DragonFly Project.
6  * All rights reserved.
7  *
8  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
9  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
10  * Science Department, and William Jolitz.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
21  *    must display the following acknowledgement:
22  *      This product includes software developed by the University of
23  *      California, Berkeley and its contributors.
24  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
25  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
26  *    without specific prior written permission.
27  *
28  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
29  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
30  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
31  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
32  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
33  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
34  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
35  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
36  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
37  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
38  * SUCH DAMAGE.
39  *
40  *      from: @(#)vm_machdep.c  7.3 (Berkeley) 5/13/91
41  *      Utah $Hdr: vm_machdep.c 1.16.1.1 89/06/23$
42  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/vm_machdep.c,v 1.132.2.9 2003/01/25 19:02:23 dillon Exp $
43  */
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/malloc.h>
48 #include <sys/proc.h>
49 #include <sys/buf.h>
50 #include <sys/interrupt.h>
51 #include <sys/vnode.h>
52 #include <sys/vmmeter.h>
53 #include <sys/kernel.h>
54 #include <sys/sysctl.h>
55 #include <sys/unistd.h>
56
57 #include <machine/clock.h>
58 #include <machine/cpu.h>
59 #include <machine/md_var.h>
60 #include <machine/smp.h>
61 #include <machine/pcb.h>
62 #include <machine/pcb_ext.h>
63 #include <machine/segments.h>
64 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
65
66 #include <vm/vm.h>
67 #include <vm/vm_param.h>
68 #include <sys/lock.h>
69 #include <vm/vm_kern.h>
70 #include <vm/vm_page.h>
71 #include <vm/vm_map.h>
72 #include <vm/vm_extern.h>
73
74 #include <sys/thread2.h>
75 #include <sys/mplock2.h>
76
77 #include <bus/isa/isa.h>
78
79 static void     cpu_reset_real (void);
80 /*
81  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
82  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
83  * ready to run and return to user mode.
84  */
85 void
86 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
87 {
88         struct pcb *pcb2;
89
90         if ((flags & RFPROC) == 0) {
91                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
92                         /* unshare user LDT */
93                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
94                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
95                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
96                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
97                                 user_ldt_free(pcb1);
98                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
99                                 set_user_ldt(pcb1);
100                         }
101                 }
102                 return;
103         }
104
105         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
106         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
107                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
108         
109         /*
110          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
111          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
112          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
113          * the register state may not be current.
114          */
115         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
116         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
117
118         /*
119          * Create a new fresh stack for the new process.
120          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
121          * syscall.  This copies the user mode register values.
122          *
123          * pcb_rsp must allocate an additional call-return pointer below
124          * the trap frame which will be restored by cpu_heavy_restore from
125          * PCB_RIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
126          * additonal two quadwords below the pcb_rsp call-return pointer to
127          * hold the LWKT restore function pointer and rflags.
128          *
129          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_heavy_restore,
130          * which is our standard heavy-weight process switch-in function.
131          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
132          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
133          * all the extra crap we are setting up.
134          */
135         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)pcb2 - 1;
136         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
137
138         /*
139          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
140          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
141          */
142         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pml4);
143         pcb2->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
144         pcb2->pcb_rbx = (unsigned long)fork_return;     /* fork_trampoline argument */
145         pcb2->pcb_rbp = 0;
146         pcb2->pcb_rsp = (unsigned long)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
147         pcb2->pcb_r12 = (unsigned long)lp2;             /* fork_trampoline argument */
148         pcb2->pcb_r13 = 0;
149         pcb2->pcb_r14 = 0;
150         pcb2->pcb_r15 = 0;
151         pcb2->pcb_rip = (unsigned long)fork_trampoline;
152         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_rsp - sizeof(void *));
153         *(u_int64_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
154         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
155         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
156
157         /*
158          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
159          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
160          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
161          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
162          */
163
164         /*
165          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
166          */
167         pcb2->pcb_ext = 0;
168
169         /* Copy the LDT, if necessary. */
170         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
171                 if (flags & RFMEM) {
172                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
173                 } else {
174                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
175                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
176                 }
177         }
178         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
179               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
180         /*
181          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
182          * pcb_rsp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
183          * containing the return address when exiting cpu_switch.
184          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
185          * %rbx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
186          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
187          * the return to user-mode.
188          */
189 }
190
191 /*
192  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
193  */
194 int
195 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
196 {
197         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
198         void *bad_return = NULL;
199         int error;
200
201         regs->tf_rip = (long)params->func;
202         regs->tf_rsp = (long)params->stack;
203         /* Set up argument for function call */
204         regs->tf_rdi = (long)params->arg;
205
206         /*
207          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
208          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
209          * a SIGSEGV if it returns anyways.
210          */
211         regs->tf_rsp -= sizeof(void *);
212         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_rsp, sizeof(bad_return));
213         if (error)
214                 return (error);
215
216         cpu_set_fork_handler(lp,
217             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
218         return (0);
219 }
220
221 /*
222  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
223  * been scheduled yet.
224  *
225  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
226  */
227 void
228 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
229                      void *arg)
230 {
231         /*
232          * Note that the trap frame follows the args, so the function
233          * is really called like this:  func(arg, frame);
234          */
235         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;   /* function */
236         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;    /* first arg */
237 }
238
239 void
240 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
241 {
242         td->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;
243         td->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;
244         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
245         td->td_sp -= sizeof(void *);
246         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
247         td->td_sp -= sizeof(void *);
248         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
249 }
250
251 void
252 cpu_lwp_exit(void)
253 {
254         struct thread *td = curthread;
255         struct pcb *pcb;
256
257         npxexit();
258         pcb = td->td_pcb;
259
260         /* Some i386 functionality was dropped */
261         KKASSERT(pcb->pcb_ext == NULL);
262
263         /*
264          * disable all hardware breakpoints
265          */
266         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
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         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
274                 tsleep_remove(td);
275         lwkt_deschedule_self(td);
276         lwkt_remove_tdallq(td);
277         cpu_thread_exit();
278 }
279
280 /*
281  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
282  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
283  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
284  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
285  * out the stack.
286  *
287  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
288  */
289 void
290 cpu_thread_exit(void)
291 {
292         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
293         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
294         lwkt_switch();
295         panic("cpu_thread_exit: lwkt_switch() unexpectedly returned");
296 }
297
298 void
299 cpu_reset(void)
300 {
301         cpu_reset_real();
302 }
303
304 static void
305 cpu_reset_real(void)
306 {
307         /*
308          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
309          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
310          * to do the reset here would then end up in no man's land.
311          */
312
313 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
314         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
315         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
316         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
317         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
318 #endif
319 #if JG
320         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
321         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
322 #endif
323
324         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
325         cpu_invltlb();
326         /* NOTREACHED */
327         while(1);
328 }
329
330 /*
331  * Convert kernel VA to physical address
332  */
333 vm_paddr_t
334 kvtop(void *addr)
335 {
336         vm_paddr_t pa;
337
338         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
339         if (pa == 0)
340                 panic("kvtop: zero page frame");
341         return (pa);
342 }
343
344 static void
345 swi_vm(void *arg, void *frame)
346 {
347         if (busdma_swi_pending != 0)
348                 busdma_swi();
349 }
350
351 static void
352 swi_vm_setup(void *arg)
353 {
354         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL, 0);
355 }
356
357 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
358
359
360 /*
361  * Tell whether this address is in some physical memory region.
362  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
363  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
364  * or other unpredictable behaviour.
365  */
366
367 int
368 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
369 {
370 #if NISA > 0
371         /* The ISA ``memory hole''. */
372         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
373                 return 0;
374 #endif
375         /*
376          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
377          * here
378          */
379
380         return 1;
381 }
382
383 /*
384  * platform-specific vmspace initialization (nothing for x86_64)
385  */
386 void
387 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
388 {
389 }
390
391 void
392 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
393 {
394 }
395
396 int
397 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
398 {
399         vm_offset_t addr;
400
401         if (saddr < KvaStart)
402                 return EFAULT;
403         if (eaddr >= KvaEnd)
404                 return EFAULT;
405         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
406                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
407                         return EFAULT;
408         }
409         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
410                 return EFAULT;
411         return 0;
412 }
413
414 #if 0
415
416 void _test_frame_enter(struct trapframe *frame);
417 void _test_frame_exit(struct trapframe *frame);
418
419 void
420 _test_frame_enter(struct trapframe *frame)
421 {
422         thread_t td = curthread;
423
424         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
425                 KKASSERT(td->td_lwp);
426                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
427                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
428                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
429             td->td_lwp->lwp_saveusp = (void *)frame->tf_rsp;
430             td->td_lwp->lwp_saveupc = (void *)frame->tf_rip;
431         }
432         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
433             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
434                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p\n",
435                         frame, td->td_kstack);
436         }
437 }
438
439 void
440 _test_frame_exit(struct trapframe *frame)
441 {
442         thread_t td = curthread;
443
444         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
445                 KKASSERT(td->td_lwp);
446                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
447                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
448                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
449                 if (td->td_lwp->lwp_saveusp != (void *)frame->tf_rsp) {
450                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d usp mismatch %p/%p\n",
451                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
452                                 td->td_lwp->lwp_saveusp,
453                                 (void *)frame->tf_rsp);
454                 }
455                 if (td->td_lwp->lwp_saveupc != (void *)frame->tf_rip) {
456                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d upc mismatch %p/%p\n",
457                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
458                                 td->td_lwp->lwp_saveupc,
459                                 (void *)frame->tf_rip);
460                 }
461
462                 /*
463                  * adulterate the fields to catch entries that
464                  * don't run through test_frame_enter
465                  */
466                 td->td_lwp->lwp_saveusp =
467                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveusp;
468                 td->td_lwp->lwp_saveupc =
469                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveupc;
470         }
471         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
472             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
473                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p\n",
474                         frame, td->td_kstack);
475         }
476 }
477
478 #endif