kernel - Make pcb_onfault more robust.
[dragonfly.git] / sys / platform / pc64 / x86_64 / 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  * Copyright (c) 2008 The DragonFly Project.
6  * All rights reserved.
7  *
8  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
9  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
10  * Science Department, and William Jolitz.
11  *
12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
13  * modification, are permitted provided that the following conditions
14  * are met:
15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
21  *    must display the following acknowledgement:
22  *      This product includes software developed by the University of
23  *      California, Berkeley and its contributors.
24  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
25  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
26  *    without specific prior written permission.
27  *
28  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
29  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
30  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
31  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
32  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
33  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
34  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
35  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
36  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
37  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
38  * SUCH DAMAGE.
39  *
40  *      from: @(#)vm_machdep.c  7.3 (Berkeley) 5/13/91
41  *      Utah $Hdr: vm_machdep.c 1.16.1.1 89/06/23$
42  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/vm_machdep.c,v 1.132.2.9 2003/01/25 19:02:23 dillon Exp $
43  */
44
45 #include <sys/param.h>
46 #include <sys/systm.h>
47 #include <sys/malloc.h>
48 #include <sys/proc.h>
49 #include <sys/buf.h>
50 #include <sys/interrupt.h>
51 #include <sys/vnode.h>
52 #include <sys/vmmeter.h>
53 #include <sys/kernel.h>
54 #include <sys/sysctl.h>
55 #include <sys/unistd.h>
56
57 #include <machine/clock.h>
58 #include <machine/cpu.h>
59 #include <machine/md_var.h>
60 #include <machine/smp.h>
61 #include <machine/pcb.h>
62 #include <machine/pcb_ext.h>
63 #include <machine/segments.h>
64 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
65
66 #include <vm/vm.h>
67 #include <vm/vm_param.h>
68 #include <sys/lock.h>
69 #include <vm/vm_kern.h>
70 #include <vm/vm_page.h>
71 #include <vm/vm_map.h>
72 #include <vm/vm_extern.h>
73
74 #include <sys/thread2.h>
75 #include <sys/mplock2.h>
76
77 #include <bus/isa/isa.h>
78
79 static void     cpu_reset_real (void);
80 /*
81  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
82  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
83  * ready to run and return to user mode.
84  */
85 void
86 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
87 {
88         struct pcb *pcb2;
89
90         if ((flags & RFPROC) == 0) {
91                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
92                         /* unshare user LDT */
93                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
94                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
95                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
96                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
97                                 user_ldt_free(pcb1);
98                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
99                                 set_user_ldt(pcb1);
100                         }
101                 }
102                 return;
103         }
104
105         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
106         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
107                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
108         
109         /*
110          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
111          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
112          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
113          * the register state may not be current.
114          */
115         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
116         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
117
118         /*
119          * Create a new fresh stack for the new process.
120          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
121          * syscall.  This copies the user mode register values.
122          *
123          * pcb_rsp must allocate an additional call-return pointer below
124          * the trap frame which will be restored by cpu_heavy_restore from
125          * PCB_RIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
126          * additonal two quadwords below the pcb_rsp call-return pointer to
127          * hold the LWKT restore function pointer and rflags.
128          *
129          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_heavy_restore,
130          * which is our standard heavy-weight process switch-in function.
131          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
132          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
133          * all the extra crap we are setting up.
134          */
135         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)pcb2 - 1;
136         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
137
138         /*
139          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
140          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
141          */
142         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pml4);
143         pcb2->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
144         pcb2->pcb_rbx = (unsigned long)fork_return;     /* fork_trampoline argument */
145         pcb2->pcb_rbp = 0;
146         pcb2->pcb_rsp = (unsigned long)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
147         pcb2->pcb_r12 = (unsigned long)lp2;             /* fork_trampoline argument */
148         pcb2->pcb_r13 = 0;
149         pcb2->pcb_r14 = 0;
150         pcb2->pcb_r15 = 0;
151         pcb2->pcb_rip = (unsigned long)fork_trampoline;
152         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_rsp - sizeof(void *));
153         *(u_int64_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
154         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
155         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
156
157         /*
158          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
159          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
160          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
161          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here).
162          * pcb2->pcb_onfault_sp:cloned above (dont care)
163          */
164
165         /*
166          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
167          */
168         pcb2->pcb_ext = NULL;
169
170         /* Copy the LDT, if necessary. */
171         if (pcb2->pcb_ldt != NULL) {
172                 if (flags & RFMEM) {
173                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
174                 } else {
175                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
176                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
177                 }
178         }
179         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
180               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
181         /*
182          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
183          * pcb_rsp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
184          * containing the return address when exiting cpu_switch.
185          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
186          * %rbx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
187          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
188          * the return to user-mode.
189          */
190 }
191
192 /*
193  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
194  */
195 int
196 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
197 {
198         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
199         void *bad_return = NULL;
200         int error;
201
202         regs->tf_rip = (long)params->func;
203         regs->tf_rsp = (long)params->stack;
204         /* Set up argument for function call */
205         regs->tf_rdi = (long)params->arg;
206
207         /*
208          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
209          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
210          * a SIGSEGV if it returns anyways.
211          */
212         regs->tf_rsp -= sizeof(void *);
213         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_rsp, sizeof(bad_return));
214         if (error)
215                 return (error);
216
217         cpu_set_fork_handler(lp,
218             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
219         return (0);
220 }
221
222 /*
223  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
224  * been scheduled yet.
225  *
226  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
227  */
228 void
229 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
230                      void *arg)
231 {
232         /*
233          * Note that the trap frame follows the args, so the function
234          * is really called like this:  func(arg, frame);
235          */
236         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;   /* function */
237         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;    /* first arg */
238 }
239
240 void
241 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
242 {
243         td->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;
244         td->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;
245         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
246         td->td_sp -= sizeof(void *);
247         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
248         td->td_sp -= sizeof(void *);
249         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
250 }
251
252 void
253 cpu_lwp_exit(void)
254 {
255         struct thread *td = curthread;
256         struct pcb *pcb;
257
258         pcb = td->td_pcb;
259
260         /* Some i386 functionality was dropped */
261         KKASSERT(pcb->pcb_ext == NULL);
262
263         /*
264          * disable all hardware breakpoints
265          */
266         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
267                 reset_dbregs();
268                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
269         }
270         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
271
272         crit_enter_quick(td);
273         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
274                 tsleep_remove(td);
275         lwkt_deschedule_self(td);
276         lwkt_remove_tdallq(td);
277         cpu_thread_exit();
278 }
279
280 /*
281  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
282  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
283  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
284  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
285  * out the stack.
286  *
287  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
288  */
289 void
290 cpu_thread_exit(void)
291 {
292         npxexit();
293         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
294         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
295         lwkt_switch();
296         panic("cpu_thread_exit: lwkt_switch() unexpectedly returned");
297 }
298
299 void
300 cpu_reset(void)
301 {
302         cpu_reset_real();
303 }
304
305 static void
306 cpu_reset_real(void)
307 {
308         /*
309          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
310          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
311          * to do the reset here would then end up in no man's land.
312          */
313
314 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
315         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
316         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
317         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
318         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
319 #endif
320 #if JG
321         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
322         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
323 #endif
324
325         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
326         cpu_invltlb();
327         /* NOTREACHED */
328         while(1);
329 }
330
331 /*
332  * Convert kernel VA to physical address
333  */
334 vm_paddr_t
335 kvtop(void *addr)
336 {
337         vm_paddr_t pa;
338
339         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
340         if (pa == 0)
341                 panic("kvtop: zero page frame");
342         return (pa);
343 }
344
345 static void
346 swi_vm(void *arg, void *frame)
347 {
348         if (busdma_swi_pending != 0)
349                 busdma_swi();
350 }
351
352 static void
353 swi_vm_setup(void *arg)
354 {
355         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL, 0);
356 }
357
358 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
359
360 /*
361  * platform-specific vmspace initialization (nothing for x86_64)
362  */
363 void
364 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
365 {
366 }
367
368 void
369 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
370 {
371 }
372
373 int
374 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
375 {
376         vm_offset_t addr;
377
378         if (saddr < KvaStart)
379                 return EFAULT;
380         if (eaddr >= KvaEnd)
381                 return EFAULT;
382         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
383                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
384                         return EFAULT;
385         }
386         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
387                 return EFAULT;
388         return 0;
389 }
390
391 #if 0
392
393 void _test_frame_enter(struct trapframe *frame);
394 void _test_frame_exit(struct trapframe *frame);
395
396 void
397 _test_frame_enter(struct trapframe *frame)
398 {
399         thread_t td = curthread;
400
401         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
402                 KKASSERT(td->td_lwp);
403                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
404                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
405                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
406             td->td_lwp->lwp_saveusp = (void *)frame->tf_rsp;
407             td->td_lwp->lwp_saveupc = (void *)frame->tf_rip;
408         }
409         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
410             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
411                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p",
412                         frame, td->td_kstack);
413         }
414 }
415
416 void
417 _test_frame_exit(struct trapframe *frame)
418 {
419         thread_t td = curthread;
420
421         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
422                 KKASSERT(td->td_lwp);
423                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
424                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
425                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
426                 if (td->td_lwp->lwp_saveusp != (void *)frame->tf_rsp) {
427                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d usp mismatch %p/%p\n",
428                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
429                                 td->td_lwp->lwp_saveusp,
430                                 (void *)frame->tf_rsp);
431                 }
432                 if (td->td_lwp->lwp_saveupc != (void *)frame->tf_rip) {
433                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d upc mismatch %p/%p\n",
434                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
435                                 td->td_lwp->lwp_saveupc,
436                                 (void *)frame->tf_rip);
437                 }
438
439                 /*
440                  * adulterate the fields to catch entries that
441                  * don't run through test_frame_enter
442                  */
443                 td->td_lwp->lwp_saveusp =
444                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveusp;
445                 td->td_lwp->lwp_saveupc =
446                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveupc;
447         }
448         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
449             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
450                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p",
451                         frame, td->td_kstack);
452         }
453 }
454
455 #endif