9d9362ac567563030c8f6a6969441163785853ab
[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 1.13 2003/06/28 04:16:02 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 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
73
74 #include <vm/vm.h>
75 #include <vm/vm_param.h>
76 #include <sys/lock.h>
77 #include <vm/vm_kern.h>
78 #include <vm/vm_page.h>
79 #include <vm/vm_map.h>
80 #include <vm/vm_extern.h>
81
82 #include <sys/user.h>
83 #include <sys/thread2.h>
84
85 #ifdef PC98
86 #include <pc98/pc98/pc98.h>
87 #else
88 #include <i386/isa/isa.h>
89 #endif
90
91 static void     cpu_reset_real __P((void));
92 #ifdef SMP
93 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
94 static u_int    cpu_reset_proxyid;
95 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
96 #endif
97 extern int      _ucodesel, _udatasel;
98
99 /*
100  * quick version of vm_fault
101  */
102 int
103 vm_fault_quick(v, prot)
104         caddr_t v;
105         int prot;
106 {
107         int r;
108
109         if (prot & VM_PROT_WRITE)
110                 r = subyte(v, fubyte(v));
111         else
112                 r = fubyte(v);
113         return(r);
114 }
115
116 /*
117  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
118  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
119  * ready to run and return to user mode.
120  */
121 void
122 cpu_fork(p1, p2, flags)
123         register struct proc *p1, *p2;
124         int flags;
125 {
126         struct pcb *pcb2;
127
128         if ((flags & RFPROC) == 0) {
129 #ifdef USER_LDT
130                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
131                         /* unshare user LDT */
132                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
133                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
134                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
135                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
136                                 user_ldt_free(pcb1);
137                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
138                                 set_user_ldt(pcb1);
139                         }
140                 }
141 #endif
142                 return;
143         }
144
145 #if NNPX > 0
146         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
147         if (npxthread == p1->p_thread)
148                 npxsave(&p1->p_thread->td_pcb->pcb_save);
149 #endif
150
151         /* Copy p1's pcb. */
152         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
153         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
154
155         /*
156          * Create a new fresh stack for the new process.
157          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
158          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
159          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
160          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
161          *
162          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
163          * the trap frame which will be restored by cpu_restore, and the
164          * thread's td_sp pointer must allocate an additonal call-return
165          * pointer below the pcb_esp call-return pointer to hold the LWKT
166          * restore function pointer.
167          *
168          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
169          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
170          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
171          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
172          * all the extra crap we are setting up.
173          */
174         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
175         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
176
177         /*
178          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
179          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
180          */
181         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
182         pcb2->pcb_edi = 0;
183         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
184         pcb2->pcb_ebp = 0;
185         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
186         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
187         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
188         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
189         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
190         /*
191          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
192          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
193          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
194          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
195          */
196
197 #ifdef SMP
198         pcb2->pcb_mpnest = 1;
199 #endif
200         /*
201          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
202          */
203         pcb2->pcb_ext = 0;
204
205 #ifdef USER_LDT
206         /* Copy the LDT, if necessary. */
207         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
208                 if (flags & RFMEM) {
209                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
210                 } else {
211                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
212                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
213                 }
214         }
215 #endif
216
217         /*
218          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
219          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
220          * containing the return address when exiting cpu_switch.
221          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
222          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
223          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
224          * the return to user-mode.
225          */
226 }
227
228 /*
229  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
230  * been scheduled yet.
231  *
232  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
233  */
234 void
235 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
236         struct proc *p;
237         void (*func) __P((void *));
238         void *arg;
239 {
240         /*
241          * Note that the trap frame follows the args, so the function
242          * is really called like this:  func(arg, frame);
243          */
244         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
245         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
246 }
247
248 void
249 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
250 {
251         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
252         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
253         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
254         td->td_sp -= sizeof(void *);
255         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
256         td->td_sp -= sizeof(void *);
257         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
258 }
259
260 void
261 cpu_proc_exit(void)
262 {
263         struct thread *td = curthread;
264         struct pcb *pcb;
265
266
267 #if NNPX > 0
268         KKASSERT(td->td_proc);
269         npxexit(td->td_proc);
270 #endif  /* NNPX */
271
272         /*
273          * Cleanup the PCB
274          */
275         pcb = td->td_pcb;
276         if (pcb->pcb_ext != 0) {
277                 /* 
278                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages 
279                  * before freeing them?  (not done here)
280                  */
281                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
282                     ctob(IOPAGES + 1));
283                 pcb->pcb_ext = 0;
284         }
285 #ifdef USER_LDT
286         user_ldt_free(pcb);
287 #endif
288         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
289                 /*
290                  * disable all hardware breakpoints
291                  */
292                 reset_dbregs();
293                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
294         }
295         cnt.v_swtch++;
296
297         crit_enter();
298         lwkt_deschedule_self();
299         cpu_thread_exit();
300 }
301
302 /*
303  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
304  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
305  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
306  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
307  * out the stack.
308  *
309  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
310  */
311 void
312 cpu_thread_exit(void)
313 {
314         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
315         lwkt_switch();
316         panic("cpu_exit");
317 }
318
319 /*
320  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
321  * rwlock and removed it from the reap list.
322  */
323 void
324 cpu_proc_wait(struct proc *p)
325 {
326         struct thread *td;
327
328         /* drop per-process resources */
329         td = pmap_dispose_proc(p);
330         if (td)
331                 lwkt_free_thread(td);
332 }
333
334 /*
335  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
336  */
337 int
338 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
339 {
340         struct proc *p = td->td_proc;
341         int error;
342         caddr_t tempuser;
343
344         KKASSERT(p);
345         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
346         if (!tempuser)
347                 return EINVAL;
348         
349         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
350         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
351         bcopy(p->p_md.md_regs,
352               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
353               sizeof(struct trapframe));
354         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
355
356         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
357                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
358
359         free(tempuser, M_TEMP);
360         
361         return error;
362 }
363
364 #ifdef notyet
365 static void
366 setredzone(pte, vaddr)
367         u_short *pte;
368         caddr_t vaddr;
369 {
370 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
371    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
372    this means though that protection violations need to be handled
373    thru a double fault exception that must do an integral task
374    switch to a known good context, within which a dump can be
375    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
376    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
377    and take the dump while still in mapped mode */
378 }
379 #endif
380
381 /*
382  * Convert kernel VA to physical address
383  */
384 u_long
385 kvtop(void *addr)
386 {
387         vm_offset_t va;
388
389         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
390         if (va == 0)
391                 panic("kvtop: zero page frame");
392         return((int)va);
393 }
394
395 /*
396  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
397  */
398
399 #ifdef SMP
400 static void
401 cpu_reset_proxy()
402 {
403         u_int saved_mp_lock;
404
405         cpu_reset_proxy_active = 1;
406         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
407                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
408         saved_mp_lock = mp_lock;
409         mp_lock = 1;
410         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
411         cpu_reset_proxy_active = 3;
412         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
413                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
414         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
415         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
416         DELAY(1000000);
417         cpu_reset_real();
418 }
419 #endif
420
421 void
422 cpu_reset()
423 {
424 #ifdef SMP
425         if (smp_active == 0) {
426                 cpu_reset_real();
427                 /* NOTREACHED */
428         } else {
429
430                 u_int map;
431                 int cnt;
432                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
433
434                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
435
436                 if (map != 0) {
437                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
438                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
439                 }
440
441                 if (cpuid == 0) {
442                         DELAY(1000000);
443                         cpu_reset_real();
444                         /* NOTREACHED */
445                 } else {
446                         /* We are not BSP (CPU #0) */
447
448                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
449                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
450                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
451                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
452
453                         cnt = 0;
454                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
455                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
456                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
457                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
458                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
459                         cpu_reset_proxy_active = 2;
460                         cnt = 0;
461                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
462                                 cnt++;  /* Do nothing */
463                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
464                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
465                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
466                         }
467                         cpu_reset_proxy_active = 4;
468                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
469                         while (1);
470                         /* NOTREACHED */
471                 }
472         }
473 #else
474         cpu_reset_real();
475 #endif
476 }
477
478 static void
479 cpu_reset_real()
480 {
481
482 #ifdef PC98
483         /*
484          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
485          */
486         disable_intr();
487         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
488                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
489                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
490         }
491         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
492 #else
493         /*
494          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
495          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
496          * to do the reset here would then end up in no man's land.
497          */
498
499 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
500         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
501         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
502         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
503         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
504 #endif
505 #endif /* PC98 */
506         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
507         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
508
509         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
510         invltlb();
511         /* NOTREACHED */
512         while(1);
513 }
514
515 int
516 grow_stack(p, sp)
517         struct proc *p;
518         u_int sp;
519 {
520         int rv;
521
522         rv = vm_map_growstack (p, sp);
523         if (rv != KERN_SUCCESS)
524                 return (0);
525
526         return (1);
527 }
528
529 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
530
531 static int cnt_prezero;
532
533 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
534         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
535
536 /*
537  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
538  * This routine is called from the idle loop.
539  */
540
541 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
542 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
543
544 int
545 vm_page_zero_idle()
546 {
547         static int free_rover;
548         static int zero_state;
549         vm_page_t m;
550         int s;
551
552         /*
553          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
554          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
555          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
556          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
557          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
558          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
559          */
560
561         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
562                 return(0);
563         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
564                 return(0);
565
566 #ifdef SMP
567         if (try_mplock()) {
568 #endif
569                 s = splvm();
570                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
571                 zero_state = 0;
572                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
573                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
574                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
575                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
576                         m->queue = PQ_NONE;
577                         splx(s);
578                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
579                         (void)splvm();
580                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
581                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
582                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
583                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
584                             pageq);
585                         ++vm_page_zero_count;
586                         ++cnt_prezero;
587                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
588                                 zero_state = 1;
589                 }
590                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
591                 splx(s);
592                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
593 #ifdef SMP
594                 rel_mplock();
595 #endif
596                 return (1);
597 #ifdef SMP
598         }
599 #endif
600         /*
601          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
602          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
603          * swtch.s
604          */
605         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
606         return (0);
607 }
608
609 /*
610  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
611  */   
612 void  
613 swi_vm() 
614 {     
615         if (busdma_swi_pending != 0)
616                 busdma_swi();
617 }
618
619 /*
620  * Tell whether this address is in some physical memory region.
621  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
622  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
623  * or other unpredictable behaviour.
624  */
625
626 #include "isa.h"
627
628 int
629 is_physical_memory(addr)
630         vm_offset_t addr;
631 {
632
633 #if NISA > 0
634         /* The ISA ``memory hole''. */
635         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
636                 return 0;
637 #endif
638
639         /*
640          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
641          * here
642          */
643
644         return 1;
645 }