The thread/proc pointer argument in the VFS subsystem originally existed
[dragonfly.git] / 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 1.42 2006/05/06 02:43:12 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/globaldata.h> /* npxthread */
69 #include <machine/ipl.h>        /* SWI_ */
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 process p2 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(p1, p2, flags)
100         struct proc *p1, *p2;
101         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 = p1->p_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 p1's pcb is up to date. */
122         if (mdcpu->gd_npxthread == p1->p_thread)
123                 npxsave(p1->p_thread->td_savefpu);
124 #endif
125         
126         /*
127          * Copy p1'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 (including pcb_gs) may not be current.
131          */
132         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
133         *pcb2 = *p1->p_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         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
155         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_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(p2->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)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
166         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
167         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
168         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
169         *(u_int32_t *)p2->p_thread->td_sp = PSL_USER;
170         p2->p_thread->td_sp -= sizeof(void *);
171         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
172
173         /*
174          * Segment registers.
175          */
176         pcb2->pcb_gs = rgs();
177
178         /*
179          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
180          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
181          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
182          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
183          */
184
185         /*
186          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
187          */
188         pcb2->pcb_ext = 0;
189
190         /* Copy the LDT, if necessary. */
191         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
192                 if (flags & RFMEM) {
193                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
194                 } else {
195                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
196                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
197                 }
198         }
199         bcopy(&p1->p_thread->td_tls, &p2->p_thread->td_tls,
200               sizeof(p2->p_thread->td_tls));
201         /*
202          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
203          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
204          * containing the return address when exiting cpu_switch.
205          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
206          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
207          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
208          * the return to user-mode.
209          */
210 }
211
212 /*
213  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
214  * been scheduled yet.
215  *
216  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
217  */
218 void
219 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
220         struct proc *p;
221         void (*func) (void *);
222         void *arg;
223 {
224         /*
225          * Note that the trap frame follows the args, so the function
226          * is really called like this:  func(arg, frame);
227          */
228         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
229         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
230 }
231
232 void
233 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
234 {
235         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
236         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
237         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
238         td->td_sp -= sizeof(void *);
239         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
240         td->td_sp -= sizeof(void *);
241         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
242 }
243
244 void
245 cpu_proc_exit(void)
246 {
247         struct thread *td = curthread;
248         struct pcb *pcb;
249         struct pcb_ext *ext;
250
251 #if NNPX > 0
252         KKASSERT(td->td_proc);
253         npxexit(td->td_proc);
254 #endif  /* NNPX */
255
256         /*
257          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
258          * to switch back to the common TSS before freeing it.
259          */
260         pcb = td->td_pcb;
261         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
262                 crit_enter();
263                 pcb->pcb_ext = NULL;
264                 td->td_switch(td);
265                 crit_exit();
266                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
267         }
268         user_ldt_free(pcb);
269         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
270                 /*
271                  * disable all hardware breakpoints
272                  */
273                 reset_dbregs();
274                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
275         }
276         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
277
278         crit_enter_quick(td);
279         lwkt_deschedule_self(td);
280         cpu_thread_exit();
281 }
282
283 /*
284  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
285  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
286  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
287  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
288  * out the stack.
289  *
290  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
291  */
292 void
293 cpu_thread_exit(void)
294 {
295         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
296         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
297         lwkt_switch();
298         panic("cpu_exit");
299 }
300
301 /*
302  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
303  * rwlock and removed it from the reap list.
304  */
305 void
306 cpu_proc_wait(struct proc *p)
307 {
308         struct thread *td;
309
310         /* drop per-process resources */
311         td = pmap_dispose_proc(p);
312         if (td)
313                 lwkt_free_thread(td);
314 }
315
316 /*
317  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
318  */
319 int
320 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
321 {
322         struct proc *p = td->td_proc;
323         int error;
324         caddr_t tempuser;
325
326         KKASSERT(p);
327         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
328         if (!tempuser)
329                 return EINVAL;
330         
331         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
332         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
333         bcopy(p->p_md.md_regs,
334               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
335               sizeof(struct trapframe));
336         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
337
338         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
339                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL);
340
341         free(tempuser, M_TEMP);
342         
343         return error;
344 }
345
346 #ifdef notyet
347 static void
348 setredzone(pte, vaddr)
349         u_short *pte;
350         caddr_t vaddr;
351 {
352 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
353    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
354    this means though that protection violations need to be handled
355    thru a double fault exception that must do an integral task
356    switch to a known good context, within which a dump can be
357    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
358    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
359    and take the dump while still in mapped mode */
360 }
361 #endif
362
363 /*
364  * Convert kernel VA to physical address
365  */
366 vm_paddr_t
367 kvtop(void *addr)
368 {
369         vm_paddr_t pa;
370
371         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
372         if (pa == 0)
373                 panic("kvtop: zero page frame");
374         return (pa);
375 }
376
377 /*
378  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
379  */
380
381 #ifdef SMP
382 static void
383 cpu_reset_proxy()
384 {
385         u_int saved_mp_lock;
386
387         cpu_reset_proxy_active = 1;
388         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
389                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
390         saved_mp_lock = mp_lock;
391         mp_lock = 0;    /* BSP */
392         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
393         cpu_reset_proxy_active = 3;
394         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
395                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
396         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
397         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
398         DELAY(1000000);
399         cpu_reset_real();
400 }
401 #endif
402
403 void
404 cpu_reset()
405 {
406 #ifdef SMP
407         if (smp_active_mask == 1) {
408                 cpu_reset_real();
409                 /* NOTREACHED */
410         } else {
411                 u_int map;
412                 int cnt;
413                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
414
415                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
416
417                 if (map != 0) {
418                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
419                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
420                 }
421
422                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
423                         DELAY(1000000);
424                         cpu_reset_real();
425                         /* NOTREACHED */
426                 } else {
427                         /* We are not BSP (CPU #0) */
428
429                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
430                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
431                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
432                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
433
434                         cnt = 0;
435                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
436                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
437                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
438                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
439                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
440                         cpu_reset_proxy_active = 2;
441                         cnt = 0;
442                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
443                                 cnt++;  /* Do nothing */
444                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
445                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
446                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
447                         }
448                         cpu_reset_proxy_active = 4;
449                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
450                         while (1);
451                         /* NOTREACHED */
452                 }
453         }
454 #else
455         cpu_reset_real();
456 #endif
457 }
458
459 static void
460 cpu_reset_real()
461 {
462         /*
463          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
464          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
465          * to do the reset here would then end up in no man's land.
466          */
467
468 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
469         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
470         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
471         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
472         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
473 #endif
474         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
475         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
476
477         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
478         cpu_invltlb();
479         /* NOTREACHED */
480         while(1);
481 }
482
483 int
484 grow_stack(p, sp)
485         struct proc *p;
486         u_int sp;
487 {
488         int rv;
489
490         rv = vm_map_growstack (p, sp);
491         if (rv != KERN_SUCCESS)
492                 return (0);
493
494         return (1);
495 }
496
497 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
498
499 static int cnt_prezero;
500
501 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
502         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
503
504 /*
505  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
506  * This routine is called from the idle loop.
507  */
508
509 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
510 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
511
512 int
513 vm_page_zero_idle()
514 {
515         static int free_rover;
516         static int zero_state;
517         vm_page_t m;
518
519         /*
520          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
521          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
522          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
523          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
524          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
525          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
526          */
527
528         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(vmstats.v_free_count))
529                 return(0);
530         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
531                 return(0);
532
533 #ifdef SMP
534         if (try_mplock()) {
535 #endif
536                 crit_enter();
537                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
538                 zero_state = 0;
539                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
540                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
541                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
542                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
543                         m->queue = PQ_NONE;
544                         crit_exit();
545                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
546                         crit_enter();
547                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
548                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
549                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
550                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
551                             pageq);
552                         ++vm_page_zero_count;
553                         ++cnt_prezero;
554                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
555                                 zero_state = 1;
556                 }
557                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
558                 crit_exit();
559                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
560 #ifdef SMP
561                 rel_mplock();
562 #endif
563                 return (1);
564 #ifdef SMP
565         }
566 #endif
567         /*
568          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
569          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
570          * swtch.s
571          */
572         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
573         return (0);
574 }
575
576 static void
577 swi_vm(void *arg, void *frame)
578 {
579         if (busdma_swi_pending != 0)
580                 busdma_swi();
581 }
582
583 static void
584 swi_vm_setup(void *arg)
585 {
586         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
587 }
588
589 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
590
591
592 /*
593  * Tell whether this address is in some physical memory region.
594  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
595  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
596  * or other unpredictable behaviour.
597  */
598
599 int
600 is_physical_memory(addr)
601         vm_offset_t addr;
602 {
603
604 #if NISA > 0
605         /* The ISA ``memory hole''. */
606         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
607                 return 0;
608 #endif
609
610         /*
611          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
612          * here
613          */
614
615         return 1;
616 }