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 1.6 2003/06/19 06:26:06 dillon Exp $
  43  */
  44
  45 #include "npx.h"
  46 #include "opt_user_ldt.h"
  47 #ifdef PC98
  48 #include "opt_pc98.h"
  49 #endif
  50 #include "opt_reset.h"
  51
  52 #include <sys/param.h>
  53 #include <sys/systm.h>
  54 #include <sys/malloc.h>
  55 #include <sys/proc.h>
  56 #include <sys/buf.h>
  57 #include <sys/vnode.h>
  58 #include <sys/vmmeter.h>
  59 #include <sys/kernel.h>
  60 #include <sys/sysctl.h>
  61 #include <sys/unistd.h>
  62
  63 #include <machine/clock.h>
  64 #include <machine/cpu.h>
  65 #include <machine/md_var.h>
  66 #ifdef SMP
  67 #include <machine/smp.h>
  68 #endif
  69 #include <machine/pcb.h>
  70 #include <machine/pcb_ext.h>
  71 #include <machine/vm86.h>
  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
  83 #ifdef PC98
  84 #include <pc98/pc98/pc98.h>
  85 #else
  86 #include <i386/isa/isa.h>
  87 #endif
  88
  89 static void     cpu_reset_real __P((void));
  90 #ifdef SMP
  91 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
  92 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  93 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  94 #endif
  95 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  96
  97 /*
  98  * quick version of vm_fault
  99  */
 100 int
 101 vm_fault_quick(v, prot)
 102         caddr_t v;
 103         int prot;
 104 {
 105         int r;
 106
 107         if (prot & VM_PROT_WRITE)
 108                 r = subyte(v, fubyte(v));
 109         else
 110                 r = fubyte(v);
 111         return(r);
 112 }
 113
 114 /*
 115  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
 116  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 117  * ready to run and return to user mode.
 118  */
 119 void
 120 cpu_fork(p1, p2, flags)
 121         register struct proc *p1, *p2;
 122         int flags;
 123 {
 124         struct pcb *pcb2;
 125
 126         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 127 #ifdef USER_LDT
 128                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 129                         /* unshare user LDT */
 130                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
 131                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 132                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 133                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 134                                 user_ldt_free(pcb1);
 135                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 136                                 set_user_ldt(pcb1);
 137                         }
 138                 }
 139 #endif
 140                 return;
 141         }
 142
 143 #if NNPX > 0
 144         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 145         if (npxthread == p1->p_thread)
 146                 npxsave(&p1->p_thread->td_pcb->pcb_save);
 147 #endif
 148
 149         /* Copy p1's pcb. */
 150         *p2->p_thread->td_pcb = *p1->p_thread->td_pcb;
 151         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
 152
 153         /*
 154          * Create a new fresh stack for the new process.
 155          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 156          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
 157          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match
 158          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
 159          */
 160         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)
 161                             ((char *)p2->p_thread->td_pcb - 16) - 1;
 162         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
 163
 164         /*
 165          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 166          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 167          */
 168         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
 169         pcb2->pcb_edi = 0;
 170         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 171         pcb2->pcb_ebp = 0;
 172         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
 173         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
 174         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 175         /*
 176          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 177          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 178          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 179          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 180          */
 181
 182 #ifdef SMP
 183         pcb2->pcb_mpnest = 1;
 184 #endif
 185         /*
 186          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 187          */
 188         pcb2->pcb_ext = 0;
 189
 190 #ifdef USER_LDT
 191         /* Copy the LDT, if necessary. */
 192         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 193                 if (flags & RFMEM) {
 194                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 195                 } else {
 196                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 197                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 198                 }
 199         }
 200 #endif
 201
 202         /*
 203          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 204          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 205          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 206          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 207          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 208          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 209          * the return to user-mode.
 210          */
 211 }
 212
 213 /*
 214  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 215  * been scheduled yet.
 216  *
 217  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 218  */
 219 void
 220 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 221         struct proc *p;
 222         void (*func) __P((void *));
 223         void *arg;
 224 {
 225         /*
 226          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 227          * is really called like this:  func(arg, frame);
 228          */
 229         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
 230         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
 231 }
 232
 233 void
 234 cpu_exit(p)
 235         register struct proc *p;
 236 {
 237         struct pcb *pcb = p->p_thread->td_pcb;
 238
 239 #if NNPX > 0
 240         npxexit(p);
 241 #endif  /* NNPX */
 242         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 243                 /*
 244                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 245                  * before freeing them?  (not done here)
 246                  */
 247                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 248                     ctob(IOPAGES + 1));
 249                 pcb->pcb_ext = 0;
 250         }
 251 #ifdef USER_LDT
 252         user_ldt_free(pcb);
 253 #endif
 254         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 255                 /*
 256                  * disable all hardware breakpoints
 257                  */
 258                 reset_dbregs();
 259                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 260         }
 261         cnt.v_swtch++;
 262         cpu_switch(p);
 263         panic("cpu_exit");
 264 }
 265
 266 void
 267 cpu_wait(p)
 268         struct proc *p;
 269 {
 270         struct thread *td;
 271
 272         /* drop per-process resources */
 273         td = pmap_dispose_proc(p);
 274         if (td)
 275             pmap_dispose_thread(td);
 276 }
 277
 278 /*
 279  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 280  */
 281 int
 282 cpu_coredump(p, vp, cred)
 283         struct proc *p;
 284         struct vnode *vp;
 285         struct ucred *cred;
 286 {
 287         int error;
 288         caddr_t tempuser;
 289
 290         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 291         if (!tempuser)
 292                 return EINVAL;
 293
 294         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 295         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 296         bcopy(p->p_md.md_regs,
 297               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 298               sizeof(struct trapframe));
 299         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
 300
 301         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
 302                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, p);
 303
 304         free(tempuser, M_TEMP);
 305
 306         return error;
 307 }
 308
 309 #ifdef notyet
 310 static void
 311 setredzone(pte, vaddr)
 312         u_short *pte;
 313         caddr_t vaddr;
 314 {
 315 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 316    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 317    this means though that protection violations need to be handled
 318    thru a double fault exception that must do an integral task
 319    switch to a known good context, within which a dump can be
 320    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 321    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 322    and take the dump while still in mapped mode */
 323 }
 324 #endif
 325
 326 /*
 327  * Convert kernel VA to physical address
 328  */
 329 u_long
 330 kvtop(void *addr)
 331 {
 332         vm_offset_t va;
 333
 334         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 335         if (va == 0)
 336                 panic("kvtop: zero page frame");
 337         return((int)va);
 338 }
 339
 340 /*
 341  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 342  */
 343
 344 #ifdef SMP
 345 static void
 346 cpu_reset_proxy()
 347 {
 348         u_int saved_mp_lock;
 349
 350         cpu_reset_proxy_active = 1;
 351         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 352                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 353         saved_mp_lock = mp_lock;
 354         mp_lock = 1;
 355         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 356         cpu_reset_proxy_active = 3;
 357         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 358                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 359         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 360         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 361         DELAY(1000000);
 362         cpu_reset_real();
 363 }
 364 #endif
 365
 366 void
 367 cpu_reset()
 368 {
 369 #ifdef SMP
 370         if (smp_active == 0) {
 371                 cpu_reset_real();
 372                 /* NOTREACHED */
 373         } else {
 374
 375                 u_int map;
 376                 int cnt;
 377                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
 378
 379                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
 380
 381                 if (map != 0) {
 382                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 383                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 384                 }
 385
 386                 if (cpuid == 0) {
 387                         DELAY(1000000);
 388                         cpu_reset_real();
 389                         /* NOTREACHED */
 390                 } else {
 391                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 392
 393                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
 394                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 395                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 396                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 397
 398                         cnt = 0;
 399                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 400                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 401                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 402                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 403                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 404                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 405                         cnt = 0;
 406                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 407                                 cnt++;  /* Do nothing */
 408                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 409                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 410                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 411                         }
 412                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 413                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 414                         while (1);
 415                         /* NOTREACHED */
 416                 }
 417         }
 418 #else
 419         cpu_reset_real();
 420 #endif
 421 }
 422
 423 static void
 424 cpu_reset_real()
 425 {
 426
 427 #ifdef PC98
 428         /*
 429          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
 430          */
 431         disable_intr();
 432         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
 433                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
 434                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
 435         }
 436         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
 437 #else
 438         /*
 439          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 440          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 441          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 442          */
 443
 444 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 445         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 446         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 447         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 448         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 449 #endif
 450 #endif /* PC98 */
 451         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 452         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 453
 454         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 455         invltlb();
 456         /* NOTREACHED */
 457         while(1);
 458 }
 459
 460 int
 461 grow_stack(p, sp)
 462         struct proc *p;
 463         u_int sp;
 464 {
 465         int rv;
 466
 467         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 468         if (rv != KERN_SUCCESS)
 469                 return (0);
 470
 471         return (1);
 472 }
 473
 474 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 475
 476 static int cnt_prezero;
 477
 478 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 479         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 480
 481 /*
 482  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 483  * This routine is called from the idle loop.
 484  */
 485
 486 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 487 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 488
 489 int
 490 vm_page_zero_idle()
 491 {
 492         static int free_rover;
 493         static int zero_state;
 494         vm_page_t m;
 495         int s;
 496
 497         /*
 498          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 499          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 500          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 501          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 502          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 503          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 504          */
 505
 506         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
 507                 return(0);
 508         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 509                 return(0);
 510
 511 #ifdef SMP
 512         if (try_mplock()) {
 513 #endif
 514                 s = splvm();
 515                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 516                 zero_state = 0;
 517                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 518                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 519                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 520                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 521                         m->queue = PQ_NONE;
 522                         splx(s);
 523                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 524                         (void)splvm();
 525                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 526                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 527                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 528                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 529                             pageq);
 530                         ++vm_page_zero_count;
 531                         ++cnt_prezero;
 532                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 533                                 zero_state = 1;
 534                 }
 535                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 536                 splx(s);
 537                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 538 #ifdef SMP
 539                 rel_mplock();
 540 #endif
 541                 return (1);
 542 #ifdef SMP
 543         }
 544 #endif
 545         /*
 546          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
 547          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in
 548          * swtch.s
 549          */
 550         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
 551         return (0);
 552 }
 553
 554 /*
 555  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 556  */
 557 void
 558 swi_vm()
 559 {
 560         if (busdma_swi_pending != 0)
 561                 busdma_swi();
 562 }
 563
 564 /*
 565  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 566  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 567  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 568  * or other unpredictable behaviour.
 569  */
 570
 571 #include "isa.h"
 572
 573 int
 574 is_physical_memory(addr)
 575         vm_offset_t addr;
 576 {
 577
 578 #if NISA > 0
 579         /* The ISA ``memory hole''. */
 580         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 581                 return 0;
 582 #endif
 583
 584         /*
 585          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 586          * here
 587          */
 588
 589         return 1;
 590 }