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 1.59 2007/04/30 07:18:55 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 #include <machine/smp.h>
  65 #include <machine/pcb.h>
  66 #include <machine/pcb_ext.h>
  67 #include <machine/vm86.h>
  68 #include <machine/segments.h>
  69 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
  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 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          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 173          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 174          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 175          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 176          */
 177
 178         /*
 179          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 180          */
 181         pcb2->pcb_ext = 0;
 182
 183         /* Copy the LDT, if necessary. */
 184         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 185                 if (flags & RFMEM) {
 186                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 187                 } else {
 188                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 189                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 190                 }
 191         }
 192         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
 193               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
 194         /*
 195          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
 196          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 197          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 198          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 199          * %ebx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
 200          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
 201          * the return to user-mode.
 202          */
 203 }
 204
 205 /*
 206  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
 207  */
 208 int
 209 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
 210 {
 211         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
 212         void *bad_return = NULL;
 213         int error;
 214
 215         regs->tf_eip = params->func;
 216         regs->tf_esp = params->stack;
 217         /* Set up argument for function call */
 218         regs->tf_esp -= sizeof(params->arg);
 219         error = copyout(&params->arg, regs->tf_esp, sizeof(params->arg));
 220         if (error)
 221                 return (error);
 222         /*
 223          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
 224          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
 225          * a SIGSEGV if it returns anyways.
 226          */
 227         regs->tf_esp -= sizeof(void *);
 228         error = copyout(&bad_return, regs->tf_esp, sizeof(bad_return));
 229         if (error)
 230                 return (error);
 231
 232         cpu_set_fork_handler(lp,
 233             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
 234         return (0);
 235 }
 236
 237 /*
 238  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 239  * been scheduled yet.
 240  *
 241  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 242  */
 243 void
 244 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
 245                      void *arg)
 246 {
 247         /*
 248          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 249          * is really called like this:  func(arg, frame);
 250          */
 251         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
 252         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
 253 }
 254
 255 void
 256 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 257 {
 258         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
 259         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
 260         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 261         td->td_sp -= sizeof(void *);
 262         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 263         td->td_sp -= sizeof(void *);
 264         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 265 }
 266
 267 void
 268 cpu_lwp_exit(void)
 269 {
 270         struct thread *td = curthread;
 271         struct pcb *pcb;
 272         struct pcb_ext *ext;
 273
 274 #if NNPX > 0
 275         npxexit();
 276 #endif  /* NNPX */
 277
 278         /*
 279          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
 280          * to switch back to the common TSS before freeing it.
 281          */
 282         pcb = td->td_pcb;
 283         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
 284                 crit_enter();
 285                 pcb->pcb_ext = NULL;
 286                 td->td_switch(td);
 287                 crit_exit();
 288                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
 289         }
 290         user_ldt_free(pcb);
 291         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 292                 /*
 293                  * disable all hardware breakpoints
 294                  */
 295                 reset_dbregs();
 296                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 297         }
 298         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
 299
 300         crit_enter_quick(td);
 301         lwkt_deschedule_self(td);
 302         lwkt_remove_tdallq(td);
 303         cpu_thread_exit();
 304 }
 305
 306 /*
 307  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
 308  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
 309  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
 310  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
 311  * out the stack.
 312  *
 313  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
 314  */
 315 void
 316 cpu_thread_exit(void)
 317 {
 318         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 319         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
 320         lwkt_switch();
 321         panic("cpu_exit");
 322 }
 323
 324 /*
 325  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
 326  * rwlock and removed it from the reap list.
 327  */
 328 void
 329 cpu_proc_wait(struct proc *p)
 330 {
 331         /* drop per-process resources */
 332         pmap_dispose_proc(p);
 333 }
 334
 335 #ifdef notyet
 336 static void
 337 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
 338 {
 339 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 340    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 341    this means though that protection violations need to be handled
 342    thru a double fault exception that must do an integral task
 343    switch to a known good context, within which a dump can be
 344    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 345    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 346    and take the dump while still in mapped mode */
 347 }
 348 #endif
 349
 350 /*
 351  * Convert kernel VA to physical address
 352  */
 353 vm_paddr_t
 354 kvtop(void *addr)
 355 {
 356         vm_paddr_t pa;
 357
 358         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 359         if (pa == 0)
 360                 panic("kvtop: zero page frame");
 361         return (pa);
 362 }
 363
 364 /*
 365  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 366  */
 367
 368 #ifdef SMP
 369 static void
 370 cpu_reset_proxy(void)
 371 {
 372         u_int saved_mp_lock;
 373
 374         cpu_reset_proxy_active = 1;
 375         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 376                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 377         saved_mp_lock = mp_lock;
 378         mp_lock = 0;    /* BSP */
 379         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 380         cpu_reset_proxy_active = 3;
 381         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 382                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 383         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 384         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 385         DELAY(1000000);
 386         cpu_reset_real();
 387 }
 388 #endif
 389
 390 void
 391 cpu_reset(void)
 392 {
 393 #ifdef SMP
 394         if (smp_active_mask == 1) {
 395                 cpu_reset_real();
 396                 /* NOTREACHED */
 397         } else {
 398                 u_int map;
 399                 int cnt;
 400                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
 401
 402                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
 403
 404                 if (map != 0) {
 405                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 406                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 407                 }
 408
 409                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
 410                         DELAY(1000000);
 411                         cpu_reset_real();
 412                         /* NOTREACHED */
 413                 } else {
 414                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 415
 416                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
 417                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 418                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 419                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 420
 421                         cnt = 0;
 422                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 423                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 424                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 425                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 426                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 427                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 428                         cnt = 0;
 429                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 430                                 cnt++;  /* Do nothing */
 431                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 432                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 433                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 434                         }
 435                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 436                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 437                         while (1);
 438                         /* NOTREACHED */
 439                 }
 440         }
 441 #else
 442         cpu_reset_real();
 443 #endif
 444 }
 445
 446 static void
 447 cpu_reset_real(void)
 448 {
 449         /*
 450          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 451          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 452          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 453          */
 454
 455 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 456         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 457         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 458         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 459         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
 460 #endif
 461         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 462         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 463
 464         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 465         cpu_invltlb();
 466         /* NOTREACHED */
 467         while(1);
 468 }
 469
 470 int
 471 grow_stack(struct proc *p, u_int sp)
 472 {
 473         int rv;
 474
 475         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 476         if (rv != KERN_SUCCESS)
 477                 return (0);
 478
 479         return (1);
 480 }
 481
 482 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 483
 484 static int cnt_prezero;
 485
 486 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 487         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 488
 489 static void
 490 swi_vm(void *arg, void *frame)
 491 {
 492         if (busdma_swi_pending != 0)
 493                 busdma_swi();
 494 }
 495
 496 static void
 497 swi_vm_setup(void *arg)
 498 {
 499         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
 500 }
 501
 502 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
 503
 504
 505 /*
 506  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 507  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 508  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 509  * or other unpredictable behaviour.
 510  */
 511
 512 int
 513 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
 514 {
 515
 516 #if NISA > 0
 517         /* The ISA ``memory hole''. */
 518         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 519                 return 0;
 520 #endif
 521
 522         /*
 523          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 524          * here
 525          */
 526
 527         return 1;
 528 }
 529
 530 /*
 531  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
 532  */
 533 void
 534 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
 535 {
 536 }
 537
 538 void
 539 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
 540 {
 541 }
 542
 543 /*
 544  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
 545  * the requested KVA range.
 546  */
 547 int
 548 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
 549 {
 550         vm_offset_t addr;
 551
 552         if (saddr < KvaStart)
 553                 return EFAULT;
 554         if (eaddr >= KvaEnd)
 555                 return EFAULT;
 556         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
 557                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
 558                         return EFAULT;
 559         }
 560         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
 561                 return EFAULT;
 562         return 0;
 563 }
 564