80d5d14cbdda3e9c9cfd892bc8c29217a743a645
[dragonfly.git] / 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
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
81 #include <sys/thread2.h>
82 #include <sys/mplock2.h>
83
84 #include <bus/isa/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 lwp lp2 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(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
102 {
103         struct pcb *pcb2;
104
105         if ((flags & RFPROC) == 0) {
106                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
107                         /* unshare user LDT */
108                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
109                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
110                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
111                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
112                                 user_ldt_free(pcb1);
113                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
114                                 set_user_ldt(pcb1);
115                         }
116                 }
117                 return;
118         }
119
120 #if NNPX > 0
121         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
122         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
123                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
124 #endif
125         
126         /*
127          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
128          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
129          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
130          * the register state may not be current.
131          */
132         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
133         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
134
135         /*
136          * Create a new fresh stack for the new process.
137          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
138          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
139          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
140          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
141          *
142          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
143          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
144          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
145          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
146          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
147          *
148          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
149          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
150          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
151          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
152          * all the extra crap we are setting up.
153          */
154         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
155         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
156
157         /*
158          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
159          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
160          */
161         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pdir);
162         pcb2->pcb_edi = 0;
163         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
164         pcb2->pcb_ebp = 0;
165         pcb2->pcb_esp = (int)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
166         pcb2->pcb_ebx = (int)lp2;               /* fork_trampoline argument */
167         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
168         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
169         *(u_int32_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
170         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
171         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
172
173         /*
174          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
175          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
176          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
177          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
178          */
179
180         /*
181          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
182          */
183         pcb2->pcb_ext = 0;
184
185         /* Copy the LDT, if necessary. */
186         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
187                 if (flags & RFMEM) {
188                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
189                 } else {
190                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
191                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
192                 }
193         }
194         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
195               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
196         /*
197          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
198          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
199          * containing the return address when exiting cpu_switch.
200          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
201          * %ebx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
202          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
203          * the return to user-mode.
204          */
205 }
206
207 /*
208  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
209  */
210 int
211 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
212 {
213         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
214         void *bad_return = NULL;
215         int error;
216
217         regs->tf_eip = (int)params->func;
218         regs->tf_esp = (int)params->stack;
219         /* Set up argument for function call */
220         regs->tf_esp -= sizeof(params->arg);
221         error = 
222             copyout(&params->arg, (void *)regs->tf_esp, sizeof(params->arg));
223         if (error)
224                 return (error);
225         /*
226          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
227          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
228          * a SIGSEGV if it returns anyways.
229          */
230         regs->tf_esp -= sizeof(void *);
231         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_esp, sizeof(bad_return));
232         if (error)
233                 return (error);
234
235         cpu_set_fork_handler(lp,
236             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
237         return (0);
238 }
239
240 /*
241  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
242  * been scheduled yet.
243  *
244  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
245  */
246 void
247 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
248                      void *arg)
249 {
250         /*
251          * Note that the trap frame follows the args, so the function
252          * is really called like this:  func(arg, frame);
253          */
254         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
255         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
256 }
257
258 void
259 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
260 {
261         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
262         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
263         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
264         td->td_sp -= sizeof(void *);
265         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
266         td->td_sp -= sizeof(void *);
267         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
268 }
269
270 void
271 cpu_lwp_exit(void)
272 {
273         struct thread *td = curthread;
274         struct pcb *pcb;
275         struct pcb_ext *ext;
276
277 #if NNPX > 0
278         npxexit();
279 #endif  /* NNPX */
280
281         /*
282          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
283          * to switch back to the common TSS before freeing it.
284          */
285         pcb = td->td_pcb;
286         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
287                 crit_enter();
288                 pcb->pcb_ext = NULL;
289                 td->td_switch(td);
290                 crit_exit();
291                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
292         }
293         user_ldt_free(pcb);
294         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
295                 /*
296                  * disable all hardware breakpoints
297                  */
298                 reset_dbregs();
299                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
300         }
301         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
302
303         crit_enter_quick(td);
304         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
305                 tsleep_remove(td);
306         lwkt_deschedule_self(td);
307         lwkt_remove_tdallq(td);
308         cpu_thread_exit();
309 }
310
311 /*
312  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
313  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
314  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
315  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
316  * out the stack.
317  *
318  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
319  */
320 void
321 cpu_thread_exit(void)
322 {
323         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
324         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
325         lwkt_switch();
326         panic("cpu_exit");
327 }
328
329 /*
330  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
331  * rwlock and removed it from the reap list.
332  */
333 void
334 cpu_proc_wait(struct proc *p)
335 {
336         /* drop per-process resources */
337         pmap_dispose_proc(p);
338 }
339
340 #ifdef notyet
341 static void
342 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
343 {
344 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
345    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
346    this means though that protection violations need to be handled
347    thru a double fault exception that must do an integral task
348    switch to a known good context, within which a dump can be
349    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
350    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
351    and take the dump while still in mapped mode */
352 }
353 #endif
354
355 /*
356  * Convert kernel VA to physical address
357  */
358 vm_paddr_t
359 kvtop(void *addr)
360 {
361         vm_paddr_t pa;
362
363         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
364         if (pa == 0)
365                 panic("kvtop: zero page frame");
366         return (pa);
367 }
368
369 /*
370  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
371  */
372
373 #ifdef SMP
374 static void
375 cpu_reset_proxy(void)
376 {
377         u_int saved_mp_lock;
378
379         cpu_reset_proxy_active = 1;
380         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
381                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
382         saved_mp_lock = mp_lock;
383         mp_lock = 0;    /* BSP */
384         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
385         cpu_reset_proxy_active = 3;
386         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
387                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
388         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
389         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
390         DELAY(1000000);
391         cpu_reset_real();
392 }
393 #endif
394
395 void
396 cpu_reset(void)
397 {
398 #ifdef SMP
399         if (smp_active_mask == 1) {
400                 cpu_reset_real();
401                 /* NOTREACHED */
402         } else {
403                 u_int map;
404                 int cnt;
405                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
406
407                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
408
409                 if (map != 0) {
410                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
411                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
412                 }
413
414                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
415                         DELAY(1000000);
416                         cpu_reset_real();
417                         /* NOTREACHED */
418                 } else {
419                         /* We are not BSP (CPU #0) */
420
421                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
422                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
423                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
424                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
425
426                         cnt = 0;
427                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
428                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
429                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
430                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
431                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
432                         cpu_reset_proxy_active = 2;
433                         cnt = 0;
434                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
435                                 cnt++;  /* Do nothing */
436                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
437                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
438                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
439                         }
440                         cpu_reset_proxy_active = 4;
441                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
442                         while (1);
443                         /* NOTREACHED */
444                 }
445         }
446 #else
447         cpu_reset_real();
448 #endif
449 }
450
451 static void
452 cpu_reset_real(void)
453 {
454         /*
455          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
456          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
457          * to do the reset here would then end up in no man's land.
458          */
459
460 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
461         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
462         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
463         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
464         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
465 #endif
466         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
467         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
468
469         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
470         cpu_invltlb();
471         /* NOTREACHED */
472         while(1);
473 }
474
475 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
476
477 static int cnt_prezero;
478
479 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
480         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
481
482 static void
483 swi_vm(void *arg, void *frame)
484 {
485         if (busdma_swi_pending != 0)
486                 busdma_swi();
487 }
488
489 static void
490 swi_vm_setup(void *arg)
491 {
492         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
493 }
494
495 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
496
497
498 /*
499  * Tell whether this address is in some physical memory region.
500  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
501  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
502  * or other unpredictable behaviour.
503  */
504
505 int
506 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
507 {
508
509 #if NISA > 0
510         /* The ISA ``memory hole''. */
511         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
512                 return 0;
513 #endif
514
515         /*
516          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
517          * here
518          */
519
520         return 1;
521 }
522
523 /*
524  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
525  */
526 void
527 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
528 {
529 }
530
531 void
532 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
533 {
534 }
535
536 /*
537  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
538  * the requested KVA range.
539  */
540 int
541 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
542 {
543         vm_offset_t addr;
544
545         if (saddr < KvaStart)
546                 return EFAULT;
547         if (eaddr >= KvaEnd)
548                 return EFAULT;
549         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
550                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
551                         return EFAULT;
552         }
553         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
554                 return EFAULT;
555         return 0;
556 }
557