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 1.61 2008/08/02 01:14:43 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 #include <sys/dsched.h>
  61
  62 #include <machine/clock.h>
  63 #include <machine/cpu.h>
  64 #include <machine/md_var.h>
  65 #include <machine/smp.h>
  66 #include <machine/pcb.h>
  67 #include <machine/pcb_ext.h>
  68 #include <machine/vm86.h>
  69 #include <machine/segments.h>
  70 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
  71
  72 #include <vm/vm.h>
  73 #include <vm/vm_param.h>
  74 #include <sys/lock.h>
  75 #include <vm/vm_kern.h>
  76 #include <vm/vm_page.h>
  77 #include <vm/vm_map.h>
  78 #include <vm/vm_extern.h>
  79
  80 #include <sys/user.h>
  81
  82 #include <sys/thread2.h>
  83 #include <sys/mplock2.h>
  84
  85 #include <bus/isa/isa.h>
  86
  87 static void     cpu_reset_real (void);
  88 #ifdef SMP
  89 static void     cpu_reset_proxy (void);
  90 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  91 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  92 #endif
  93 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  94
  95
  96 /*
  97  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
  98  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
  99  * ready to run and return to user mode.
 100  */
 101 void
 102 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
 103 {
 104         struct pcb *pcb2;
 105
 106         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 107                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 108                         /* unshare user LDT */
 109                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
 110                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 111                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 112                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 113                                 user_ldt_free(pcb1);
 114                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 115                                 set_user_ldt(pcb1);
 116                         }
 117                 }
 118                 return;
 119         }
 120
 121 #if NNPX > 0
 122         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
 123         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
 124                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
 125 #endif
 126
 127         /*
 128          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
 129          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
 130          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
 131          * the register state may not be current.
 132          */
 133         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
 134         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
 135
 136         /*
 137          * Create a new fresh stack for the new process.
 138          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 139          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
 140          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match
 141          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
 142          *
 143          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
 144          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
 145          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
 146          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
 147          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
 148          *
 149          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
 150          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
 151          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 152          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 153          * all the extra crap we are setting up.
 154          */
 155         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
 156         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
 157
 158         /*
 159          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 160          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 161          */
 162         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pdir);
 163         pcb2->pcb_edi = 0;
 164         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 165         pcb2->pcb_ebp = 0;
 166         pcb2->pcb_esp = (int)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
 167         pcb2->pcb_ebx = (int)lp2;               /* fork_trampoline argument */
 168         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 169         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
 170         *(u_int32_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
 171         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
 172         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
 173
 174         /*
 175          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 176          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 177          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 178          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 179          */
 180
 181         /*
 182          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 183          */
 184         pcb2->pcb_ext = 0;
 185
 186         /* Copy the LDT, if necessary. */
 187         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 188                 if (flags & RFMEM) {
 189                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 190                 } else {
 191                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 192                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 193                 }
 194         }
 195         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
 196               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
 197         /*
 198          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
 199          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 200          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 201          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 202          * %ebx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
 203          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
 204          * the return to user-mode.
 205          */
 206 }
 207
 208 /*
 209  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
 210  */
 211 int
 212 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
 213 {
 214         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
 215         void *bad_return = NULL;
 216         int error;
 217
 218         regs->tf_eip = (int)params->func;
 219         regs->tf_esp = (int)params->stack;
 220         /* Set up argument for function call */
 221         regs->tf_esp -= sizeof(params->arg);
 222         error =
 223             copyout(&params->arg, (void *)regs->tf_esp, sizeof(params->arg));
 224         if (error)
 225                 return (error);
 226         /*
 227          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
 228          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
 229          * a SIGSEGV if it returns anyways.
 230          */
 231         regs->tf_esp -= sizeof(void *);
 232         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_esp, sizeof(bad_return));
 233         if (error)
 234                 return (error);
 235
 236         cpu_set_fork_handler(lp,
 237             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
 238         return (0);
 239 }
 240
 241 /*
 242  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 243  * been scheduled yet.
 244  *
 245  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 246  */
 247 void
 248 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
 249                      void *arg)
 250 {
 251         /*
 252          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 253          * is really called like this:  func(arg, frame);
 254          */
 255         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
 256         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
 257 }
 258
 259 void
 260 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 261 {
 262         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
 263         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
 264         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 265         td->td_sp -= sizeof(void *);
 266         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 267         td->td_sp -= sizeof(void *);
 268         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 269 }
 270
 271 void
 272 cpu_lwp_exit(void)
 273 {
 274         struct thread *td = curthread;
 275         struct pcb *pcb;
 276         struct pcb_ext *ext;
 277
 278 #if NNPX > 0
 279         npxexit();
 280 #endif  /* NNPX */
 281
 282         /*
 283          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
 284          * to switch back to the common TSS before freeing it.
 285          */
 286         pcb = td->td_pcb;
 287         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
 288                 crit_enter();
 289                 pcb->pcb_ext = NULL;
 290                 td->td_switch(td);
 291                 crit_exit();
 292                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
 293         }
 294         user_ldt_free(pcb);
 295         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 296                 /*
 297                  * disable all hardware breakpoints
 298                  */
 299                 reset_dbregs();
 300                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 301         }
 302         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
 303
 304         dsched_exit_thread(td);
 305         crit_enter_quick(td);
 306         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
 307                 tsleep_remove(td);
 308         lwkt_deschedule_self(td);
 309         lwkt_remove_tdallq(td);
 310         cpu_thread_exit();
 311 }
 312
 313 /*
 314  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
 315  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
 316  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
 317  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
 318  * out the stack.
 319  *
 320  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
 321  */
 322 void
 323 cpu_thread_exit(void)
 324 {
 325         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 326         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
 327         lwkt_switch();
 328         panic("cpu_exit");
 329 }
 330
 331 /*
 332  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
 333  * rwlock and removed it from the reap list.
 334  */
 335 void
 336 cpu_proc_wait(struct proc *p)
 337 {
 338         /* drop per-process resources */
 339         pmap_dispose_proc(p);
 340 }
 341
 342 #ifdef notyet
 343 static void
 344 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
 345 {
 346 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 347    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 348    this means though that protection violations need to be handled
 349    thru a double fault exception that must do an integral task
 350    switch to a known good context, within which a dump can be
 351    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 352    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 353    and take the dump while still in mapped mode */
 354 }
 355 #endif
 356
 357 /*
 358  * Convert kernel VA to physical address
 359  */
 360 vm_paddr_t
 361 kvtop(void *addr)
 362 {
 363         vm_paddr_t pa;
 364
 365         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 366         if (pa == 0)
 367                 panic("kvtop: zero page frame");
 368         return (pa);
 369 }
 370
 371 /*
 372  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 373  */
 374
 375 #ifdef SMP
 376 static void
 377 cpu_reset_proxy(void)
 378 {
 379         u_int saved_mp_lock;
 380
 381         cpu_reset_proxy_active = 1;
 382         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 383                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 384         saved_mp_lock = mp_lock;
 385         mp_lock = 0;    /* BSP */
 386         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 387         cpu_reset_proxy_active = 3;
 388         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 389                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 390         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 391         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 392         DELAY(1000000);
 393         cpu_reset_real();
 394 }
 395 #endif
 396
 397 void
 398 cpu_reset(void)
 399 {
 400 #ifdef SMP
 401         if (smp_active_mask == 1) {
 402                 cpu_reset_real();
 403                 /* NOTREACHED */
 404         } else {
 405                 u_int map;
 406                 int cnt;
 407                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
 408
 409                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
 410
 411                 if (map != 0) {
 412                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 413                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 414                 }
 415
 416                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
 417                         DELAY(1000000);
 418                         cpu_reset_real();
 419                         /* NOTREACHED */
 420                 } else {
 421                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 422
 423                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
 424                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 425                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 426                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 427
 428                         cnt = 0;
 429                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 430                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 431                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 432                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 433                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 434                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 435                         cnt = 0;
 436                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 437                                 cnt++;  /* Do nothing */
 438                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 439                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 440                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 441                         }
 442                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 443                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 444                         while (1);
 445                         /* NOTREACHED */
 446                 }
 447         }
 448 #else
 449         cpu_reset_real();
 450 #endif
 451 }
 452
 453 static void
 454 cpu_reset_real(void)
 455 {
 456         /*
 457          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 458          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 459          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 460          */
 461
 462 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 463         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 464         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 465         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 466         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
 467 #endif
 468         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 469         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 470
 471         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 472         cpu_invltlb();
 473         /* NOTREACHED */
 474         while(1);
 475 }
 476
 477 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 478
 479 static void
 480 swi_vm(void *arg, void *frame)
 481 {
 482         if (busdma_swi_pending != 0)
 483                 busdma_swi();
 484 }
 485
 486 static void
 487 swi_vm_setup(void *arg)
 488 {
 489         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
 490 }
 491
 492 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
 493
 494
 495 /*
 496  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 497  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 498  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 499  * or other unpredictable behaviour.
 500  */
 501
 502 int
 503 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
 504 {
 505
 506 #if NISA > 0
 507         /* The ISA ``memory hole''. */
 508         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 509                 return 0;
 510 #endif
 511
 512         /*
 513          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 514          * here
 515          */
 516
 517         return 1;
 518 }
 519
 520 /*
 521  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
 522  */
 523 void
 524 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
 525 {
 526 }
 527
 528 void
 529 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
 530 {
 531 }
 532
 533 /*
 534  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
 535  * the requested KVA range.
 536  */
 537 int
 538 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
 539 {
 540         vm_offset_t addr;
 541
 542         if (saddr < KvaStart)
 543                 return EFAULT;
 544         if (eaddr >= KvaEnd)
 545                 return EFAULT;
 546         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
 547                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
 548                         return EFAULT;
 549         }
 550         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
 551                 return EFAULT;
 552         return 0;
 553 }
 554