Remove all remaining SPL code. Replace the mtd_cpl field in the machine
[dragonfly.git] / sys / i386 / 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/i386/i386/Attic/vm_machdep.c,v 1.36 2005/06/16 21:12:44 dillon 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 #ifdef SMP
65 #include <machine/smp.h>
66 #endif
67 #include <machine/pcb.h>
68 #include <machine/pcb_ext.h>
69 #include <machine/vm86.h>
70 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
71 #include <machine/ipl.h>        /* SWI_ */
72
73 #include <vm/vm.h>
74 #include <vm/vm_param.h>
75 #include <sys/lock.h>
76 #include <vm/vm_kern.h>
77 #include <vm/vm_page.h>
78 #include <vm/vm_map.h>
79 #include <vm/vm_extern.h>
80
81 #include <sys/user.h>
82 #include <sys/thread2.h>
83
84 #include <bus/isa/i386/isa.h>
85
86 static void     cpu_reset_real (void);
87 #ifdef SMP
88 static void     cpu_reset_proxy (void);
89 static u_int    cpu_reset_proxyid;
90 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
91 #endif
92 extern int      _ucodesel, _udatasel;
93
94
95 /*
96  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
97  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
98  * ready to run and return to user mode.
99  */
100 void
101 cpu_fork(p1, p2, flags)
102         struct proc *p1, *p2;
103         int flags;
104 {
105         struct pcb *pcb2;
106
107         if ((flags & RFPROC) == 0) {
108                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
109                         /* unshare user LDT */
110                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
111                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
112                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
113                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
114                                 user_ldt_free(pcb1);
115                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
116                                 set_user_ldt(pcb1);
117                         }
118                 }
119                 return;
120         }
121
122 #if NNPX > 0
123         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
124         if (mdcpu->gd_npxthread == p1->p_thread)
125                 npxsave(p1->p_thread->td_savefpu);
126 #endif
127         
128         /*
129          * Copy p1's PCB.  This really only applies to the
130          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
131          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
132          * the register state (including pcb_gs) may not be current.
133          */
134         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
135         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
136
137         /*
138          * Create a new fresh stack for the new process.
139          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
140          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
141          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
142          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
143          *
144          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
145          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
146          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
147          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
148          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
149          *
150          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
151          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
152          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
153          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
154          * all the extra crap we are setting up.
155          */
156         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
157         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
158
159         /*
160          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
161          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
162          */
163         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
164         pcb2->pcb_edi = 0;
165         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
166         pcb2->pcb_ebp = 0;
167         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
168         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
169         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
170         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
171         *(u_int32_t *)p2->p_thread->td_sp = PSL_USER;
172         p2->p_thread->td_sp -= sizeof(void *);
173         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
174
175         /*
176          * Segment registers.
177          */
178         pcb2->pcb_gs = rgs();
179
180         /*
181          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
182          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
183          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
184          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
185          */
186
187         /*
188          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
189          */
190         pcb2->pcb_ext = 0;
191
192         /* Copy the LDT, if necessary. */
193         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
194                 if (flags & RFMEM) {
195                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
196                 } else {
197                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
198                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
199                 }
200         }
201         bcopy(&p1->p_thread->td_tls, &p2->p_thread->td_tls,
202               sizeof(p2->p_thread->td_tls));
203         /*
204          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
205          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
206          * containing the return address when exiting cpu_switch.
207          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
208          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
209          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
210          * the return to user-mode.
211          */
212 }
213
214 /*
215  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
216  * been scheduled yet.
217  *
218  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
219  */
220 void
221 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
222         struct proc *p;
223         void (*func) (void *);
224         void *arg;
225 {
226         /*
227          * Note that the trap frame follows the args, so the function
228          * is really called like this:  func(arg, frame);
229          */
230         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
231         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
232 }
233
234 void
235 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
236 {
237         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
238         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
239         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
240         td->td_sp -= sizeof(void *);
241         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
242         td->td_sp -= sizeof(void *);
243         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
244 }
245
246 void
247 cpu_proc_exit(void)
248 {
249         struct thread *td = curthread;
250         struct pcb *pcb;
251
252
253 #if NNPX > 0
254         KKASSERT(td->td_proc);
255         npxexit(td->td_proc);
256 #endif  /* NNPX */
257
258         /*
259          * Cleanup the PCB
260          */
261         pcb = td->td_pcb;
262         if (pcb->pcb_ext != 0) {
263                 /* 
264                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages 
265                  * before freeing them?  (not done here)
266                  */
267                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
268                     ctob(IOPAGES + 1));
269                 pcb->pcb_ext = 0;
270         }
271         user_ldt_free(pcb);
272         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
273                 /*
274                  * disable all hardware breakpoints
275                  */
276                 reset_dbregs();
277                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
278         }
279         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
280
281         crit_enter_quick(td);
282         lwkt_deschedule_self(td);
283         cpu_thread_exit();
284 }
285
286 /*
287  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
288  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
289  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
290  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
291  * out the stack.
292  *
293  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
294  */
295 void
296 cpu_thread_exit(void)
297 {
298         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
299         lwkt_switch();
300         panic("cpu_exit");
301 }
302
303 /*
304  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
305  * rwlock and removed it from the reap list.
306  */
307 void
308 cpu_proc_wait(struct proc *p)
309 {
310         struct thread *td;
311
312         /* drop per-process resources */
313         td = pmap_dispose_proc(p);
314         if (td)
315                 lwkt_free_thread(td);
316 }
317
318 /*
319  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
320  */
321 int
322 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
323 {
324         struct proc *p = td->td_proc;
325         int error;
326         caddr_t tempuser;
327
328         KKASSERT(p);
329         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
330         if (!tempuser)
331                 return EINVAL;
332         
333         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
334         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
335         bcopy(p->p_md.md_regs,
336               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
337               sizeof(struct trapframe));
338         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
339
340         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
341                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
342
343         free(tempuser, M_TEMP);
344         
345         return error;
346 }
347
348 #ifdef notyet
349 static void
350 setredzone(pte, vaddr)
351         u_short *pte;
352         caddr_t vaddr;
353 {
354 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
355    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
356    this means though that protection violations need to be handled
357    thru a double fault exception that must do an integral task
358    switch to a known good context, within which a dump can be
359    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
360    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
361    and take the dump while still in mapped mode */
362 }
363 #endif
364
365 /*
366  * Convert kernel VA to physical address
367  */
368 vm_paddr_t
369 kvtop(void *addr)
370 {
371         vm_paddr_t pa;
372
373         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
374         if (pa == 0)
375                 panic("kvtop: zero page frame");
376         return (pa);
377 }
378
379 /*
380  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
381  */
382
383 #ifdef SMP
384 static void
385 cpu_reset_proxy()
386 {
387         u_int saved_mp_lock;
388
389         cpu_reset_proxy_active = 1;
390         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
391                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
392         saved_mp_lock = mp_lock;
393         mp_lock = 0;    /* BSP */
394         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
395         cpu_reset_proxy_active = 3;
396         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
397                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
398         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
399         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
400         DELAY(1000000);
401         cpu_reset_real();
402 }
403 #endif
404
405 void
406 cpu_reset()
407 {
408 #ifdef SMP
409         if (smp_active_mask == 1) {
410                 cpu_reset_real();
411                 /* NOTREACHED */
412         } else {
413                 u_int map;
414                 int cnt;
415                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
416
417                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
418
419                 if (map != 0) {
420                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
421                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
422                 }
423
424                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
425                         DELAY(1000000);
426                         cpu_reset_real();
427                         /* NOTREACHED */
428                 } else {
429                         /* We are not BSP (CPU #0) */
430
431                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
432                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
433                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
434                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
435
436                         cnt = 0;
437                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
438                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
439                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
440                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
441                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
442                         cpu_reset_proxy_active = 2;
443                         cnt = 0;
444                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
445                                 cnt++;  /* Do nothing */
446                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
447                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
448                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
449                         }
450                         cpu_reset_proxy_active = 4;
451                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
452                         while (1);
453                         /* NOTREACHED */
454                 }
455         }
456 #else
457         cpu_reset_real();
458 #endif
459 }
460
461 static void
462 cpu_reset_real()
463 {
464         /*
465          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
466          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
467          * to do the reset here would then end up in no man's land.
468          */
469
470 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
471         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
472         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
473         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
474         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
475 #endif
476         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
477         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
478
479         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
480         cpu_invltlb();
481         /* NOTREACHED */
482         while(1);
483 }
484
485 int
486 grow_stack(p, sp)
487         struct proc *p;
488         u_int sp;
489 {
490         int rv;
491
492         rv = vm_map_growstack (p, sp);
493         if (rv != KERN_SUCCESS)
494                 return (0);
495
496         return (1);
497 }
498
499 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
500
501 static int cnt_prezero;
502
503 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
504         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
505
506 /*
507  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
508  * This routine is called from the idle loop.
509  */
510
511 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
512 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
513
514 int
515 vm_page_zero_idle()
516 {
517         static int free_rover;
518         static int zero_state;
519         vm_page_t m;
520
521         /*
522          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
523          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
524          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
525          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
526          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
527          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
528          */
529
530         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(vmstats.v_free_count))
531                 return(0);
532         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
533                 return(0);
534
535 #ifdef SMP
536         if (try_mplock()) {
537 #endif
538                 crit_enter();
539                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
540                 zero_state = 0;
541                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
542                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
543                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
544                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
545                         m->queue = PQ_NONE;
546                         crit_exit();
547                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
548                         crit_enter();
549                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
550                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
551                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
552                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
553                             pageq);
554                         ++vm_page_zero_count;
555                         ++cnt_prezero;
556                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
557                                 zero_state = 1;
558                 }
559                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
560                 crit_exit();
561                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
562 #ifdef SMP
563                 rel_mplock();
564 #endif
565                 return (1);
566 #ifdef SMP
567         }
568 #endif
569         /*
570          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
571          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
572          * swtch.s
573          */
574         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
575         return (0);
576 }
577
578 static void
579 swi_vm(void *arg)
580 {
581         if (busdma_swi_pending != 0)
582                 busdma_swi();
583 }
584
585 static void
586 swi_vm_setup(void *arg)
587 {
588         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm");
589 }
590
591 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
592
593
594 /*
595  * Tell whether this address is in some physical memory region.
596  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
597  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
598  * or other unpredictable behaviour.
599  */
600
601 int
602 is_physical_memory(addr)
603         vm_offset_t addr;
604 {
605
606 #if NISA > 0
607         /* The ISA ``memory hole''. */
608         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
609                 return 0;
610 #endif
611
612         /*
613          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
614          * here
615          */
616
617         return 1;
618 }