a1e459f899cb11dc287382e158fe4d968425b4e3
[dragonfly.git] / sys / platform / vkernel / i386 / mp.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2007 The DragonFly Project.  All rights reserved.
3  *
4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  *
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
15  *    the documentation and/or other materials provided with the
16  *    distribution.
17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
19  *    from this software without specific, prior written permission.
20  *
21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
32  * SUCH DAMAGE.
33  */
34
35
36 #include <sys/interrupt.h>
37 #include <sys/kernel.h>
38 #include <sys/memrange.h>
39 #include <sys/tls.h>
40 #include <sys/types.h>
41
42 #include <vm/vm_extern.h>
43 #include <vm/vm_kern.h>
44 #include <vm/vm_object.h>
45 #include <vm/vm_page.h>
46
47 #include <sys/mplock2.h>
48
49 #include <machine/cpu.h>
50 #include <machine/cpufunc.h>
51 #include <machine/globaldata.h>
52 #include <machine/md_var.h>
53 #include <machine/pmap.h>
54 #include <machine/smp.h>
55 #include <machine/tls.h>
56
57 #include <unistd.h>
58 #include <pthread.h>
59 #include <signal.h>
60 #include <stdio.h>
61
62 extern pt_entry_t *KPTphys;
63
64 volatile cpumask_t      stopped_cpus;
65 cpumask_t       smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
66 static int      boot_address;
67 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
68 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
69 static int  mp_finish;
70
71 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
72 void bootstrap_idle(void);
73 void single_cpu_ipi(int, int, int);
74 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
75 #if 0
76 void ipi_handler(int);
77 #endif
78
79 pt_entry_t *SMPpt;
80
81 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
82 char *bootSTK;
83 static int bootAP;
84
85
86 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
87 static int start_all_aps(u_int);
88 void init_secondary(void);
89 void *start_ap(void *);
90
91 /*
92  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
93  */
94 static
95 void
96 ap_finish(void)
97 {
98         int i;
99         cpumask_t ncpus_mask = 0;
100
101         for (i = 1; i <= ncpus; i++)
102                 ncpus_mask |= CPUMASK(i);
103
104         mp_finish = 1;
105         if (bootverbose)
106                 kprintf("Finish MP startup\n");
107
108         /* build our map of 'other' CPUs */
109         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
110
111         /*
112          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
113          * of 'other' CPUs.
114          */
115         rel_mplock();
116         while (smp_active_mask != smp_startup_mask) {
117                 DELAY(100000);
118                 cpu_lfence();
119         }
120
121         while (try_mplock() == 0)
122                 DELAY(100000);
123         if (bootverbose)
124                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
125 }
126
127 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
128
129
130 void *
131 start_ap(void *arg __unused)
132 {
133         init_secondary();
134         setrealcpu();
135         bootstrap_idle();
136
137         return(NULL); /* NOTREACHED */
138 }
139
140 /* storage for AP thread IDs */
141 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
142
143 void
144 mp_start(void)
145 {
146         int shift;
147
148         ncpus = optcpus;
149
150         mp_naps = ncpus - 1;
151
152         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
153         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
154                 ;
155         --shift;
156         ncpus2_shift = shift;
157         ncpus2 = 1 << shift;
158         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
159
160         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
161         if ((1 << shift) < ncpus)
162                 ++shift;
163         ncpus_fit = 1 << shift;
164         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
165
166         /*
167          * cpu0 initialization
168          */
169         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
170                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
171         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
172
173         /*
174          * cpu 1-(n-1)
175          */
176         start_all_aps(boot_address);
177
178 }
179
180 void
181 mp_announce(void)
182 {
183         int x;
184
185         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
186         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
187
188         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
189                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
190 }
191
192 void
193 cpu_send_ipiq(int dcpu)
194 {
195         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask)
196                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
197                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
198 #if 0
199         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
200 #endif
201 }
202
203 void
204 smp_invltlb(void)
205 {
206 #ifdef SMP
207 #endif
208 }
209
210 void
211 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
212 {
213         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
214 }
215
216 void
217 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
218 {
219         crit_enter();
220         while (target) {
221                 int n = BSFCPUMASK(target);
222                 target &= ~CPUMASK(n);
223                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
224         }
225         crit_exit();
226 }
227
228 int
229 stop_cpus(cpumask_t map)
230 {
231         map &= smp_active_mask;
232
233         crit_enter();
234         while (map) {
235                 int n = BSFCPUMASK(map);
236                 map &= ~CPUMASK(n);
237                 stopped_cpus |= CPUMASK(n);
238                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
239                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
240         }
241         crit_exit();
242 #if 0
243         panic("XXX stop_cpus()");
244 #endif
245
246         return(1);
247 }
248
249 int
250 restart_cpus(cpumask_t map)
251 {
252         map &= smp_active_mask;
253
254         crit_enter();
255         while (map) {
256                 int n = BSFCPUMASK(map);
257                 map &= ~CPUMASK(n);
258                 stopped_cpus &= ~CPUMASK(n);
259                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
260                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
261         }
262         crit_exit();
263 #if 0
264         panic("XXX restart_cpus()");
265 #endif
266
267         return(1);
268 }
269
270 void
271 ap_init(void)
272 {
273         /*
274          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
275          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
276          * is waiting for our signal.
277          *
278          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
279          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
280          * trying to send us an IPI.
281          */
282         smp_startup_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
283         cpu_mfence();
284
285         /*
286          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
287          * then get the MP lock.
288          *
289          * Note: We are in a critical section.
290          *
291          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
292          *
293          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
294          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
295          * caching it.
296          */
297
298         while (mp_finish == 0) {
299                 cpu_lfence();
300                 DELAY(500000);
301         }
302         while (try_mplock() == 0)
303                 DELAY(100000);
304
305         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
306         cpu_invltlb();
307
308         /* Build our map of 'other' CPUs. */
309         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
310
311         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
312
313
314         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
315         mem_range_AP_init();
316         /*
317          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
318          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
319          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
320          * message interlock could be left set which would also prevent
321          * further IPIs.
322          *
323          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
324          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
325          * because we returning almost directly into the idle loop.
326          *
327          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
328          * nothing we've done put it there.
329          */
330         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
331         smp_active_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
332
333         mdcpu->gd_fpending = 0;
334         mdcpu->gd_ipending = 0;
335         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
336         lwkt_process_ipiq();
337
338         /*
339          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
340          */
341         rel_mplock();
342         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
343 }
344
345 void
346 init_secondary(void)
347 {
348         int     myid = bootAP;
349         struct mdglobaldata *md;
350         struct privatespace *ps;
351
352         ps = &CPU_prvspace[myid];
353
354         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
355
356         /*
357          * Setup the %fs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
358          * point.  Note that %gs is used by pthreads.
359          */
360         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
361
362         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
363
364         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
365         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
366         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
367
368         /*
369          * Set to a known state:
370          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
371          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
372          */
373 }
374
375 static int
376 start_all_aps(u_int boot_addr)
377 {
378         int x, i;
379         struct mdglobaldata *gd;
380         struct privatespace *ps;
381         vm_page_t m;
382         vm_offset_t va;
383 #if 0
384         struct lwp_params params;
385 #endif
386
387         /*
388          * needed for ipis to initial thread
389          * FIXME: rename ap_tids?
390          */
391         ap_tids[0] = pthread_self();
392
393         vm_object_hold(&kernel_object);
394         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
395         {
396                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
397                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
398                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
399                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
400                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
401                 }
402
403                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
404                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
405                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
406                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
407                 }
408
409                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
410                 bzero(gd, sizeof(*gd));
411                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
412
413                 /* prime data page for it to use */
414                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
415                 cpu_gdinit(gd, x);
416
417 #if 0
418                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
419                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
420                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
421                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
422                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
423                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
424                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
425                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
426 #endif
427
428                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
429                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
430
431                 /*
432                  * Setup the AP boot stack
433                  */
434                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
435                 bootAP = x;
436
437                 /*
438                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
439                  *
440                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
441                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
442                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
443                  * have already been enabled.
444                  */
445                 cpu_disable_intr();
446                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
447                 cpu_enable_intr();
448
449                 while((smp_startup_mask & CPUMASK(x)) == 0) {
450                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
451                         DELAY(1000);
452                 }
453         }
454         vm_object_drop(&kernel_object);
455
456         return(ncpus - 1);
457 }