Although defined in sys/time.h we don't have CLOCK_VIRTUAL and CLOCK_PROF
[dragonfly.git] / sys / platform / vkernel / i386 / swtch.s
1 /*
2  * Copyright (c) 2003,2004 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  * 
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  * 
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  * 
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  * 
34  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
35  * All rights reserved.
36  *
37  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
38  * William Jolitz.
39  *
40  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
41  * modification, are permitted provided that the following conditions
42  * are met:
43  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
44  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
45  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
46  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
47  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
48  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
49  *    must display the following acknowledgement:
50  *      This product includes software developed by the University of
51  *      California, Berkeley and its contributors.
52  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
53  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
54  *    without specific prior written permission.
55  *
56  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
57  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
58  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
59  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
60  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
61  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
62  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
63  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
64  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
65  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
66  * SUCH DAMAGE.
67  *
68  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/swtch.s,v 1.89.2.10 2003/01/23 03:36:24 ps Exp $
69  * $DragonFly: src/sys/platform/vkernel/i386/swtch.s,v 1.5 2007/02/16 23:11:40 corecode Exp $
70  */
71
72 #include "use_npx.h"
73
74 #include <sys/rtprio.h>
75
76 #include <machine/asmacros.h>
77 #include <machine/segments.h>
78
79 #include <machine/pmap.h>
80 #include <machine/lock.h>
81
82 #include "assym.s"
83
84 #if defined(SMP)
85 #define MPLOCKED        lock ;
86 #else
87 #define MPLOCKED
88 #endif
89
90         .data
91
92         .globl  panic
93
94 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
95         .globl  swtch_optim_stats, tlb_flush_count
96 swtch_optim_stats:      .long   0               /* number of _swtch_optims */
97 tlb_flush_count:        .long   0
98 #endif
99
100         .text
101
102
103 /*
104  * cpu_heavy_switch(next_thread)
105  *
106  *      Switch from the current thread to a new thread.  This entry
107  *      is normally called via the thread->td_switch function, and will
108  *      only be called when the current thread is a heavy weight process.
109  *
110  *      Some instructions have been reordered to reduce pipeline stalls.
111  *
112  *      YYY disable interrupts once giant is removed.
113  */
114 ENTRY(cpu_heavy_switch)
115         /*
116          * Save general regs
117          */
118         movl    PCPU(curthread),%ecx
119         movl    (%esp),%eax                     /* (reorder optimization) */
120         movl    TD_PCB(%ecx),%edx               /* EDX = PCB */
121         movl    %eax,PCB_EIP(%edx)              /* return PC may be modified */
122         movl    %ebx,PCB_EBX(%edx)
123         movl    %esp,PCB_ESP(%edx)
124         movl    %ebp,PCB_EBP(%edx)
125         movl    %esi,PCB_ESI(%edx)
126         movl    %edi,PCB_EDI(%edx)
127
128         movl    %ecx,%ebx                       /* EBX = curthread */
129         movl    TD_PROC(%ecx),%ecx
130         movl    PCPU(cpuid), %eax
131         movl    P_VMSPACE(%ecx), %ecx           /* ECX = vmspace */
132         MPLOCKED btrl   %eax, VM_PMAP+PM_ACTIVE(%ecx)
133
134         /*
135          * Push the LWKT switch restore function, which resumes a heavy
136          * weight process.  Note that the LWKT switcher is based on
137          * TD_SP, while the heavy weight process switcher is based on
138          * PCB_ESP.  TD_SP is usually two ints pushed relative to
139          * PCB_ESP.  We push the flags for later restore by cpu_heavy_restore.
140          */
141         pushfl
142         pushl   $cpu_heavy_restore
143         movl    %esp,TD_SP(%ebx)
144
145         /*
146          * Save debug regs if necessary
147          */
148         movb    PCB_FLAGS(%edx),%al
149         andb    $PCB_DBREGS,%al
150         jz      1f                              /* no, skip over */
151         movl    %dr7,%eax                       /* yes, do the save */
152         movl    %eax,PCB_DR7(%edx)
153         andl    $0x0000fc00, %eax               /* disable all watchpoints */
154         movl    %eax,%dr7
155         movl    %dr6,%eax
156         movl    %eax,PCB_DR6(%edx)
157         movl    %dr3,%eax
158         movl    %eax,PCB_DR3(%edx)
159         movl    %dr2,%eax
160         movl    %eax,PCB_DR2(%edx)
161         movl    %dr1,%eax
162         movl    %eax,PCB_DR1(%edx)
163         movl    %dr0,%eax
164         movl    %eax,PCB_DR0(%edx)
165 1:
166  
167 #if NNPX > 0
168         /*
169          * Save the FP state if we have used the FP.  Note that calling
170          * npxsave will NULL out PCPU(npxthread).
171          */
172         cmpl    %ebx,PCPU(npxthread)
173         jne     1f
174         pushl   TD_SAVEFPU(%ebx)
175         call    npxsave                 /* do it in a big C function */
176         addl    $4,%esp                 /* EAX, ECX, EDX trashed */
177 1:
178 #endif  /* NNPX > 0 */
179
180         /*
181          * Switch to the next thread, which was passed as an argument
182          * to cpu_heavy_switch().  Due to the eflags and switch-restore
183          * function we pushed, the argument is at 12(%esp).  Set the current
184          * thread, load the stack pointer, and 'ret' into the switch-restore
185          * function.
186          *
187          * The switch restore function expects the new thread to be in %eax
188          * and the old one to be in %ebx.
189          *
190          * There is a one-instruction window where curthread is the new
191          * thread but %esp still points to the old thread's stack, but
192          * we are protected by a critical section so it is ok.
193          */
194         movl    12(%esp),%eax           /* EAX = newtd, EBX = oldtd */
195         movl    %eax,PCPU(curthread)
196         movl    TD_SP(%eax),%esp
197         ret
198
199 /*
200  *  cpu_exit_switch()
201  *
202  *      The switch function is changed to this when a thread is going away
203  *      for good.  We have to ensure that the MMU state is not cached, and
204  *      we don't bother saving the existing thread state before switching.
205  *
206  *      At this point we are in a critical section and this cpu owns the
207  *      thread's token, which serves as an interlock until the switchout is
208  *      complete.
209  */
210 ENTRY(cpu_exit_switch)
211         /*
212          * Get us out of the vmspace
213          */
214 #if 0
215         movl    IdlePTD,%ecx
216         movl    %cr3,%eax
217         cmpl    %ecx,%eax
218         je      1f
219         movl    %ecx,%cr3
220 1:
221 #endif
222         movl    PCPU(curthread),%ebx
223         /*
224          * Switch to the next thread.  RET into the restore function, which
225          * expects the new thread in EAX and the old in EBX.
226          *
227          * There is a one-instruction window where curthread is the new
228          * thread but %esp still points to the old thread's stack, but
229          * we are protected by a critical section so it is ok.
230          */
231         movl    4(%esp),%eax
232         movl    %eax,PCPU(curthread)
233         movl    TD_SP(%eax),%esp
234         ret
235
236 /*
237  * cpu_heavy_restore()  (current thread in %eax on entry)
238  *
239  *      Restore the thread after an LWKT switch.  This entry is normally
240  *      called via the LWKT switch restore function, which was pulled 
241  *      off the thread stack and jumped to.
242  *
243  *      This entry is only called if the thread was previously saved
244  *      using cpu_heavy_switch() (the heavy weight process thread switcher),
245  *      or when a new process is initially scheduled.  The first thing we
246  *      do is clear the TDF_RUNNING bit in the old thread and set it in the
247  *      new thread.
248  *
249  *      NOTE: The lwp may be in any state, not necessarily LSRUN, because
250  *      a preemption switch may interrupt the process and then return via 
251  *      cpu_heavy_restore.
252  *
253  *      YYY theoretically we do not have to restore everything here, a lot
254  *      of this junk can wait until we return to usermode.  But for now
255  *      we restore everything.
256  *
257  *      YYY the PCB crap is really crap, it makes startup a bitch because
258  *      we can't switch away.
259  *
260  *      YYY note: spl check is done in mi_switch when it splx()'s.
261  */
262
263 ENTRY(cpu_heavy_restore)
264         popfl
265         movl    TD_PCB(%eax),%edx               /* EDX = PCB */
266         movl    TD_PROC(%eax),%ecx
267
268 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
269         incl    _swtch_optim_stats
270 #endif
271         /*
272          * Tell the pmap that our cpu is using the VMSPACE now.  We cannot
273          * safely test/reload %cr3 until after we have set the bit in the
274          * pmap (remember, we do not hold the MP lock in the switch code).
275          */
276         movl    P_VMSPACE(%ecx), %ecx           /* ECX = vmspace */
277         movl    PCPU(cpuid), %esi
278         MPLOCKED btsl   %esi, VM_PMAP+PM_ACTIVE(%ecx)
279
280         /*
281          * Restore the MMU address space.  If it is the same as the last
282          * thread we don't have to invalidate the tlb (i.e. reload cr3).
283          * YYY which naturally also means that the PM_ACTIVE bit had better
284          * already have been set before we set it above, check? YYY
285          */
286 #if 0
287         movl    %cr3,%esi
288         movl    PCB_CR3(%edx),%ecx
289         cmpl    %esi,%ecx
290         je      4f
291 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
292         decl    _swtch_optim_stats
293         incl    _tlb_flush_count
294 #endif
295         movl    %ecx,%cr3
296 4:
297 #endif
298         /*
299          * Clear TDF_RUNNING flag in old thread only after cleaning up
300          * %cr3.  The target thread is already protected by being TDF_RUNQ
301          * so setting TDF_RUNNING isn't as big a deal.
302          */
303         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
304         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
305
306 #if 0
307         /*
308          * Deal with the PCB extension, restore the private tss
309          */
310         movl    PCB_EXT(%edx),%edi      /* check for a PCB extension */
311         movl    $1,%ebx                 /* maybe mark use of a private tss */
312         testl   %edi,%edi
313         jnz     2f
314
315         /*
316          * Going back to the common_tss.  We may need to update TSS_ESP0
317          * which sets the top of the supervisor stack when entering from
318          * usermode.  The PCB is at the top of the stack but we need another
319          * 16 bytes to take vm86 into account.
320          */
321         leal    -16(%edx),%ebx
322         movl    %ebx, PCPU(common_tss) + TSS_ESP0
323
324         cmpl    $0,PCPU(private_tss)    /* don't have to reload if      */
325         je      3f                      /* already using the common TSS */
326
327         subl    %ebx,%ebx               /* unmark use of private tss */
328
329         /*
330          * Get the address of the common TSS descriptor for the ltr.
331          * There is no way to get the address of a segment-accessed variable
332          * so we store a self-referential pointer at the base of the per-cpu
333          * data area and add the appropriate offset.
334          */
335         movl    $gd_common_tssd, %edi
336         addl    %fs:0, %edi
337
338         /*
339          * Move the correct TSS descriptor into the GDT slot, then reload
340          * ltr.
341          */
342 2:
343         movl    %ebx,PCPU(private_tss)          /* mark/unmark private tss */
344         movl    PCPU(tss_gdt), %ebx             /* entry in GDT */
345         movl    0(%edi), %eax
346         movl    %eax, 0(%ebx)
347         movl    4(%edi), %eax
348         movl    %eax, 4(%ebx)
349         movl    $GPROC0_SEL*8, %esi             /* GSEL(entry, SEL_KPL) */
350         ltr     %si
351 3:
352 #endif
353         /*
354          * Restore general registers.
355          */
356         movl    PCB_EBX(%edx),%ebx
357         movl    PCB_ESP(%edx),%esp
358         movl    PCB_EBP(%edx),%ebp
359         movl    PCB_ESI(%edx),%esi
360         movl    PCB_EDI(%edx),%edi
361         movl    PCB_EIP(%edx),%eax
362         movl    %eax,(%esp)
363
364 #if 0
365         /*
366          * Restore the user LDT if we have one
367          */
368         cmpl    $0, PCB_USERLDT(%edx)
369         jnz     1f
370         movl    _default_ldt,%eax
371         cmpl    PCPU(currentldt),%eax
372         je      2f
373         lldt    _default_ldt
374         movl    %eax,PCPU(currentldt)
375         jmp     2f
376 1:      pushl   %edx
377         call    set_user_ldt
378         popl    %edx
379 2:
380 #endif
381 #if 0
382         /*
383          * Restore the user TLS if we have one
384          */
385         pushl   %edx
386         call    set_user_TLS
387         popl    %edx
388 #endif
389
390         /*
391          * Restore the DEBUG register state if necessary.
392          */
393         movb    PCB_FLAGS(%edx),%al
394         andb    $PCB_DBREGS,%al
395         jz      1f                              /* no, skip over */
396         movl    PCB_DR6(%edx),%eax              /* yes, do the restore */
397         movl    %eax,%dr6
398         movl    PCB_DR3(%edx),%eax
399         movl    %eax,%dr3
400         movl    PCB_DR2(%edx),%eax
401         movl    %eax,%dr2
402         movl    PCB_DR1(%edx),%eax
403         movl    %eax,%dr1
404         movl    PCB_DR0(%edx),%eax
405         movl    %eax,%dr0
406         movl    %dr7,%eax                /* load dr7 so as not to disturb */
407         andl    $0x0000fc00,%eax         /*   reserved bits               */
408         pushl   %ebx
409         movl    PCB_DR7(%edx),%ebx
410         andl    $~0x0000fc00,%ebx
411         orl     %ebx,%eax
412         popl    %ebx
413         movl    %eax,%dr7
414 1:
415
416         ret
417
418 /*
419  * savectx(pcb)
420  *
421  * Update pcb, saving current processor state.
422  */
423 ENTRY(savectx)
424         /* fetch PCB */
425         movl    4(%esp),%ecx
426
427         /* caller's return address - child won't execute this routine */
428         movl    (%esp),%eax
429         movl    %eax,PCB_EIP(%ecx)
430         movl    %ebx,PCB_EBX(%ecx)
431         movl    %esp,PCB_ESP(%ecx)
432         movl    %ebp,PCB_EBP(%ecx)
433         movl    %esi,PCB_ESI(%ecx)
434         movl    %edi,PCB_EDI(%ecx)
435
436 #if NNPX > 0
437         /*
438          * If npxthread == NULL, then the npx h/w state is irrelevant and the
439          * state had better already be in the pcb.  This is true for forks
440          * but not for dumps (the old book-keeping with FP flags in the pcb
441          * always lost for dumps because the dump pcb has 0 flags).
442          *
443          * If npxthread != NULL, then we have to save the npx h/w state to
444          * npxthread's pcb and copy it to the requested pcb, or save to the
445          * requested pcb and reload.  Copying is easier because we would
446          * have to handle h/w bugs for reloading.  We used to lose the
447          * parent's npx state for forks by forgetting to reload.
448          */
449         movl    PCPU(npxthread),%eax
450         testl   %eax,%eax
451         je      1f
452
453         pushl   %ecx                    /* target pcb */
454         movl    TD_SAVEFPU(%eax),%eax   /* originating savefpu area */
455         pushl   %eax
456
457         pushl   %eax
458         call    npxsave
459         addl    $4,%esp
460
461         popl    %eax
462         popl    %ecx
463
464         pushl   $PCB_SAVEFPU_SIZE
465         leal    PCB_SAVEFPU(%ecx),%ecx
466         pushl   %ecx
467         pushl   %eax
468         call    bcopy
469         addl    $12,%esp
470 #endif  /* NNPX > 0 */
471
472 1:
473         ret
474
475 /*
476  * cpu_idle_restore()   (current thread in %eax on entry) (one-time execution)
477  *
478  *      Don't bother setting up any regs other then %ebp so backtraces
479  *      don't die.  This restore function is used to bootstrap into the
480  *      cpu_idle() LWKT only, after that cpu_lwkt_*() will be used for
481  *      switching.
482  *
483  *      Clear TDF_RUNNING in old thread only after we've cleaned up %cr3.
484  *
485  *      If we are an AP we have to call ap_init() before jumping to
486  *      cpu_idle().  ap_init() will synchronize with the BP and finish
487  *      setting up various ncpu-dependant globaldata fields.  This may
488  *      happen on UP as well as SMP if we happen to be simulating multiple
489  *      cpus.
490  */
491 ENTRY(cpu_idle_restore)
492         /* cli */
493         movl    $0,%ebp
494         pushl   $0
495         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
496         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
497 #ifdef SMP
498         cmpl    $0,PCPU(cpuid)
499         je      1f
500         call    ap_init
501 1:
502 #endif
503         /* sti */
504         jmp     cpu_idle
505
506 /*
507  * cpu_kthread_restore() (current thread is %eax on entry) (one-time execution)
508  *
509  *      Don't bother setting up any regs other then %ebp so backtraces
510  *      don't die.  This restore function is used to bootstrap into an
511  *      LWKT based kernel thread only.  cpu_lwkt_switch() will be used
512  *      after this.
513  *
514  *      Since all of our context is on the stack we are reentrant and
515  *      we can release our critical section and enable interrupts early.
516  */
517 ENTRY(cpu_kthread_restore)
518         /*sti*/
519         movl    TD_PCB(%eax),%edx
520         movl    $0,%ebp
521         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
522         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
523         subl    $TDPRI_CRIT,TD_PRI(%eax)
524         popl    %eax            /* kthread exit function */
525         pushl   PCB_EBX(%edx)   /* argument to ESI function */
526         pushl   %eax            /* set exit func as return address */
527         movl    PCB_ESI(%edx),%eax
528         jmp     *%eax
529
530 /*
531  * cpu_lwkt_switch()
532  *
533  *      Standard LWKT switching function.  Only non-scratch registers are
534  *      saved and we don't bother with the MMU state or anything else.
535  *
536  *      This function is always called while in a critical section.
537  *
538  *      There is a one-instruction window where curthread is the new
539  *      thread but %esp still points to the old thread's stack, but
540  *      we are protected by a critical section so it is ok.
541  *
542  *      YYY BGL, SPL
543  */
544 ENTRY(cpu_lwkt_switch)
545         pushl   %ebp    /* note: GDB hacked to locate ebp relative to td_sp */
546         pushl   %ebx
547         movl    PCPU(curthread),%ebx
548         pushl   %esi
549         pushl   %edi
550         pushfl
551         /* warning: adjust movl into %eax below if you change the pushes */
552
553 #if NNPX > 0
554         /*
555          * Save the FP state if we have used the FP.  Note that calling
556          * npxsave will NULL out PCPU(npxthread).
557          *
558          * We have to deal with the FP state for LWKT threads in case they
559          * happen to get preempted or block while doing an optimized
560          * bzero/bcopy/memcpy.
561          */
562         cmpl    %ebx,PCPU(npxthread)
563         jne     1f
564         pushl   TD_SAVEFPU(%ebx)
565         call    npxsave                 /* do it in a big C function */
566         addl    $4,%esp                 /* EAX, ECX, EDX trashed */
567 1:
568 #endif  /* NNPX > 0 */
569
570         movl    4+20(%esp),%eax         /* switch to this thread */
571         pushl   $cpu_lwkt_restore
572         movl    %esp,TD_SP(%ebx)
573         movl    %eax,PCPU(curthread)
574         movl    TD_SP(%eax),%esp
575
576         /*
577          * eax contains new thread, ebx contains old thread.
578          */
579         ret
580
581 /*
582  * cpu_lwkt_restore()   (current thread in %eax on entry)
583  *
584  *      Standard LWKT restore function.  This function is always called
585  *      while in a critical section.
586  *      
587  *      Warning: due to preemption the restore function can be used to 
588  *      'return' to the original thread.  Interrupt disablement must be
589  *      protected through the switch so we cannot run splz here.
590  */
591 ENTRY(cpu_lwkt_restore)
592         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
593         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
594         popfl
595         popl    %edi
596         popl    %esi
597         popl    %ebx
598         popl    %ebp
599         ret
600