kernel - Make pcb_onfault more robust.
[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  */
43
44 #include "use_npx.h"
45 #include "opt_reset.h"
46
47 #include <sys/param.h>
48 #include <sys/systm.h>
49 #include <sys/malloc.h>
50 #include <sys/proc.h>
51 #include <sys/buf.h>
52 #include <sys/interrupt.h>
53 #include <sys/vnode.h>
54 #include <sys/vmmeter.h>
55 #include <sys/kernel.h>
56 #include <sys/sysctl.h>
57 #include <sys/unistd.h>
58
59 #include <machine/clock.h>
60 #include <machine/cpu.h>
61 #include <machine/md_var.h>
62 #include <machine/smp.h>
63 #include <machine/pcb.h>
64 #include <machine/pcb_ext.h>
65 #include <machine/vm86.h>
66 #include <machine/segments.h>
67 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
68
69 #include <vm/vm.h>
70 #include <vm/vm_param.h>
71 #include <sys/lock.h>
72 #include <vm/vm_kern.h>
73 #include <vm/vm_page.h>
74 #include <vm/vm_map.h>
75 #include <vm/vm_extern.h>
76
77 #include <sys/user.h>
78
79 #include <sys/thread2.h>
80 #include <sys/mplock2.h>
81
82 #include <bus/isa/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          * pcb2->pcb_onfault_sp:cloned above (don't care)
177          */
178
179         /*
180          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
181          */
182         pcb2->pcb_ext = NULL;
183
184         /* Copy the LDT, if necessary. */
185         if (pcb2->pcb_ldt != NULL) {
186                 if (flags & RFMEM) {
187                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
188                 } else {
189                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
190                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
191                 }
192         }
193         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
194               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
195         /*
196          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
197          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
198          * containing the return address when exiting cpu_switch.
199          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
200          * %ebx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
201          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
202          * the return to user-mode.
203          */
204 }
205
206 /*
207  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
208  */
209 int
210 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
211 {
212         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
213         void *bad_return = NULL;
214         int error;
215
216         regs->tf_eip = (int)params->func;
217         regs->tf_esp = (int)params->stack;
218         /* Set up argument for function call */
219         regs->tf_esp -= sizeof(params->arg);
220         error = 
221             copyout(&params->arg, (void *)regs->tf_esp, sizeof(params->arg));
222         if (error)
223                 return (error);
224         /*
225          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
226          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
227          * a SIGSEGV if it returns anyways.
228          */
229         regs->tf_esp -= sizeof(void *);
230         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_esp, sizeof(bad_return));
231         if (error)
232                 return (error);
233
234         cpu_set_fork_handler(lp,
235             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
236         return (0);
237 }
238
239 /*
240  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
241  * been scheduled yet.
242  *
243  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
244  */
245 void
246 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
247                      void *arg)
248 {
249         /*
250          * Note that the trap frame follows the args, so the function
251          * is really called like this:  func(arg, frame);
252          */
253         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
254         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
255 }
256
257 void
258 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
259 {
260         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
261         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
262         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
263         td->td_sp -= sizeof(void *);
264         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
265         td->td_sp -= sizeof(void *);
266         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
267 }
268
269 void
270 cpu_lwp_exit(void)
271 {
272         struct thread *td = curthread;
273         struct pcb *pcb;
274         struct pcb_ext *ext;
275
276         /*
277          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
278          * to switch back to the common TSS before freeing it.
279          */
280         pcb = td->td_pcb;
281         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
282                 crit_enter();
283                 pcb->pcb_ext = NULL;
284                 lwkt_switch_return(td->td_switch(td));
285                 crit_exit();
286                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
287         }
288         user_ldt_free(pcb);
289         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
290                 /*
291                  * disable all hardware breakpoints
292                  */
293                 reset_dbregs();
294                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
295         }
296         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
297
298         crit_enter_quick(td);
299         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
300                 tsleep_remove(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 #if NNPX > 0
319         npxexit();
320 #endif
321         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
322         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
323         lwkt_switch();
324         panic("cpu_exit");
325 }
326
327 #ifdef notyet
328 static void
329 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
330 {
331 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
332    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
333    this means though that protection violations need to be handled
334    thru a double fault exception that must do an integral task
335    switch to a known good context, within which a dump can be
336    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
337    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
338    and take the dump while still in mapped mode */
339 }
340 #endif
341
342 /*
343  * Convert kernel VA to physical address
344  */
345 vm_paddr_t
346 kvtop(void *addr)
347 {
348         vm_paddr_t pa;
349
350         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
351         if (pa == 0)
352                 panic("kvtop: zero page frame");
353         return (pa);
354 }
355
356 /*
357  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
358  */
359
360 #ifdef SMP
361 static void
362 cpu_reset_proxy(void)
363 {
364         cpu_reset_proxy_active = 1;
365         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
366                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
367         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
368         cpu_reset_proxy_active = 3;
369         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
370                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
371         stop_cpus(CPUMASK(cpu_reset_proxyid));
372         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
373         DELAY(1000000);
374         cpu_reset_real();
375 }
376 #endif
377
378 void
379 cpu_reset(void)
380 {
381 #ifdef SMP
382         if (smp_active_mask == 1) {
383                 cpu_reset_real();
384                 /* NOTREACHED */
385         } else {
386                 cpumask_t map;
387                 int cnt;
388                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
389
390                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
391
392                 if (map != 0) {
393                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
394                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
395                 }
396
397                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
398                         DELAY(1000000);
399                         cpu_reset_real();
400                         /* NOTREACHED */
401                 } else {
402                         /* We are not BSP (CPU #0) */
403
404                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
405                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
406                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
407                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
408
409                         cnt = 0;
410                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
411                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
412                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
413                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
414                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
415                         cpu_reset_proxy_active = 2;
416                         cnt = 0;
417                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
418                                 cnt++;  /* Do nothing */
419                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
420                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
421                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
422                         }
423                         cpu_reset_proxy_active = 4;
424                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
425                         while (1);
426                         /* NOTREACHED */
427                 }
428         }
429 #else
430         cpu_reset_real();
431 #endif
432 }
433
434 static void
435 cpu_reset_real(void)
436 {
437         /*
438          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
439          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
440          * to do the reset here would then end up in no man's land.
441          */
442
443 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
444         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
445         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
446         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
447         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
448 #endif
449         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
450         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
451
452         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
453         cpu_invltlb();
454         /* NOTREACHED */
455         while(1);
456 }
457
458 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
459
460 static void
461 swi_vm(void *arg, void *frame)
462 {
463         if (busdma_swi_pending != 0)
464                 busdma_swi();
465 }
466
467 static void
468 swi_vm_setup(void *arg)
469 {
470         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL, 0);
471 }
472
473 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
474
475 /*
476  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
477  */
478 void
479 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
480 {
481 }
482
483 void
484 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
485 {
486 }
487
488 /*
489  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
490  * the requested KVA range.
491  */
492 int
493 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
494 {
495         vm_offset_t addr;
496
497         if (saddr < KvaStart)
498                 return EFAULT;
499         if (eaddr >= KvaEnd)
500                 return EFAULT;
501         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
502                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
503                         return EFAULT;
504         }
505         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
506                 return EFAULT;
507         return 0;
508 }
509