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 1.7 2003/06/20 02:09:50 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
  73 #include <vm/vm.h>
  74 #include <vm/vm_param.h>
  75 #include <sys/lock.h>
  76 #include <vm/vm_kern.h>
  77 #include <vm/vm_page.h>
  78 #include <vm/vm_map.h>
  79 #include <vm/vm_extern.h>
  80
  81 #include <sys/user.h>
  82
  83 #ifdef PC98
  84 #include <pc98/pc98/pc98.h>
  85 #else
  86 #include <i386/isa/isa.h>
  87 #endif
  88
  89 static void     cpu_reset_real __P((void));
  90 #ifdef SMP
  91 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
  92 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  93 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  94 #endif
  95 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  96
  97 /*
  98  * quick version of vm_fault
  99  */
 100 int
 101 vm_fault_quick(v, prot)
 102         caddr_t v;
 103         int prot;
 104 {
 105         int r;
 106
 107         if (prot & VM_PROT_WRITE)
 108                 r = subyte(v, fubyte(v));
 109         else
 110                 r = fubyte(v);
 111         return(r);
 112 }
 113
 114 /*
 115  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
 116  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 117  * ready to run and return to user mode.
 118  */
 119 void
 120 cpu_fork(p1, p2, flags)
 121         register struct proc *p1, *p2;
 122         int flags;
 123 {
 124         struct pcb *pcb2;
 125
 126         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 127 #ifdef USER_LDT
 128                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 129                         /* unshare user LDT */
 130                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
 131                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 132                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 133                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 134                                 user_ldt_free(pcb1);
 135                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 136                                 set_user_ldt(pcb1);
 137                         }
 138                 }
 139 #endif
 140                 return;
 141         }
 142
 143 #if NNPX > 0
 144         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 145         if (npxthread == p1->p_thread)
 146                 npxsave(&p1->p_thread->td_pcb->pcb_save);
 147 #endif
 148
 149         /* Copy p1's pcb. */
 150         *p2->p_thread->td_pcb = *p1->p_thread->td_pcb;
 151         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
 152
 153         /*
 154          * Create a new fresh stack for the new process.
 155          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 156          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
 157          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match
 158          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
 159          *
 160          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
 161          * the trap frame which will be restored by cpu_restore, and the
 162          * thread's td_sp pointer must allocate an additonal call-return
 163          * pointer below the pcb_esp call-return pointer to hold the LWKT
 164          * restore function pointer.
 165          *
 166          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
 167          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
 168          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 169          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 170          * all the extra crap we are setting up.
 171          */
 172         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)
 173                             ((char *)p2->p_thread->td_pcb - 16) - 1;
 174         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
 175
 176         /*
 177          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 178          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 179          */
 180         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
 181         pcb2->pcb_edi = 0;
 182         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 183         pcb2->pcb_ebp = 0;
 184         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
 185         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
 186         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 187         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
 188         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
 189         /*
 190          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 191          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 192          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 193          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 194          */
 195
 196 #ifdef SMP
 197         pcb2->pcb_mpnest = 1;
 198 #endif
 199         /*
 200          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 201          */
 202         pcb2->pcb_ext = 0;
 203
 204 #ifdef USER_LDT
 205         /* Copy the LDT, if necessary. */
 206         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 207                 if (flags & RFMEM) {
 208                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 209                 } else {
 210                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 211                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 212                 }
 213         }
 214 #endif
 215
 216         /*
 217          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 218          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 219          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 220          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 221          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 222          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 223          * the return to user-mode.
 224          */
 225 }
 226
 227 /*
 228  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 229  * been scheduled yet.
 230  *
 231  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 232  */
 233 void
 234 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 235         struct proc *p;
 236         void (*func) __P((void *));
 237         void *arg;
 238 {
 239         /*
 240          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 241          * is really called like this:  func(arg, frame);
 242          */
 243         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
 244         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
 245 }
 246
 247 void
 248 cpu_exit(p)
 249         register struct proc *p;
 250 {
 251         struct pcb *pcb = p->p_thread->td_pcb;
 252
 253         /*
 254          * This allows us to disassociate curproc from the thread.
 255          */
 256         if (p->p_thread->td_switch == cpu_heavy_switch)
 257             p->p_thread->td_switch = cpu_exit_switch;
 258         p->p_thread->td_proc = NULL;
 259
 260 #if NNPX > 0
 261         npxexit(p);
 262 #endif  /* NNPX */
 263         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 264                 /*
 265                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 266                  * before freeing them?  (not done here)
 267                  */
 268                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 269                     ctob(IOPAGES + 1));
 270                 pcb->pcb_ext = 0;
 271         }
 272 #ifdef USER_LDT
 273         user_ldt_free(pcb);
 274 #endif
 275         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 276                 /*
 277                  * disable all hardware breakpoints
 278                  */
 279                 reset_dbregs();
 280                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 281         }
 282         cnt.v_swtch++;
 283         lwkt_switch();
 284         panic("cpu_exit");
 285 }
 286
 287 void
 288 cpu_wait(p)
 289         struct proc *p;
 290 {
 291         struct thread *td;
 292
 293         /* drop per-process resources */
 294         td = pmap_dispose_proc(p);
 295         if (td)
 296             pmap_dispose_thread(td);
 297 }
 298
 299 /*
 300  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 301  */
 302 int
 303 cpu_coredump(p, vp, cred)
 304         struct proc *p;
 305         struct vnode *vp;
 306         struct ucred *cred;
 307 {
 308         int error;
 309         caddr_t tempuser;
 310
 311         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 312         if (!tempuser)
 313                 return EINVAL;
 314
 315         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 316         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 317         bcopy(p->p_md.md_regs,
 318               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 319               sizeof(struct trapframe));
 320         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
 321
 322         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
 323                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, p);
 324
 325         free(tempuser, M_TEMP);
 326
 327         return error;
 328 }
 329
 330 #ifdef notyet
 331 static void
 332 setredzone(pte, vaddr)
 333         u_short *pte;
 334         caddr_t vaddr;
 335 {
 336 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 337    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 338    this means though that protection violations need to be handled
 339    thru a double fault exception that must do an integral task
 340    switch to a known good context, within which a dump can be
 341    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 342    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 343    and take the dump while still in mapped mode */
 344 }
 345 #endif
 346
 347 /*
 348  * Convert kernel VA to physical address
 349  */
 350 u_long
 351 kvtop(void *addr)
 352 {
 353         vm_offset_t va;
 354
 355         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 356         if (va == 0)
 357                 panic("kvtop: zero page frame");
 358         return((int)va);
 359 }
 360
 361 /*
 362  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 363  */
 364
 365 #ifdef SMP
 366 static void
 367 cpu_reset_proxy()
 368 {
 369         u_int saved_mp_lock;
 370
 371         cpu_reset_proxy_active = 1;
 372         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 373                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 374         saved_mp_lock = mp_lock;
 375         mp_lock = 1;
 376         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 377         cpu_reset_proxy_active = 3;
 378         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 379                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 380         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 381         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 382         DELAY(1000000);
 383         cpu_reset_real();
 384 }
 385 #endif
 386
 387 void
 388 cpu_reset()
 389 {
 390 #ifdef SMP
 391         if (smp_active == 0) {
 392                 cpu_reset_real();
 393                 /* NOTREACHED */
 394         } else {
 395
 396                 u_int map;
 397                 int cnt;
 398                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
 399
 400                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
 401
 402                 if (map != 0) {
 403                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 404                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 405                 }
 406
 407                 if (cpuid == 0) {
 408                         DELAY(1000000);
 409                         cpu_reset_real();
 410                         /* NOTREACHED */
 411                 } else {
 412                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 413
 414                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
 415                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 416                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 417                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 418
 419                         cnt = 0;
 420                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 421                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 422                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 423                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 424                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 425                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 426                         cnt = 0;
 427                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 428                                 cnt++;  /* Do nothing */
 429                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 430                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 431                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 432                         }
 433                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 434                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 435                         while (1);
 436                         /* NOTREACHED */
 437                 }
 438         }
 439 #else
 440         cpu_reset_real();
 441 #endif
 442 }
 443
 444 static void
 445 cpu_reset_real()
 446 {
 447
 448 #ifdef PC98
 449         /*
 450          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
 451          */
 452         disable_intr();
 453         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
 454                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
 455                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
 456         }
 457         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
 458 #else
 459         /*
 460          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 461          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 462          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 463          */
 464
 465 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 466         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 467         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 468         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 469         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 470 #endif
 471 #endif /* PC98 */
 472         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 473         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 474
 475         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 476         invltlb();
 477         /* NOTREACHED */
 478         while(1);
 479 }
 480
 481 int
 482 grow_stack(p, sp)
 483         struct proc *p;
 484         u_int sp;
 485 {
 486         int rv;
 487
 488         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 489         if (rv != KERN_SUCCESS)
 490                 return (0);
 491
 492         return (1);
 493 }
 494
 495 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 496
 497 static int cnt_prezero;
 498
 499 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 500         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 501
 502 /*
 503  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 504  * This routine is called from the idle loop.
 505  */
 506
 507 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 508 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 509
 510 int
 511 vm_page_zero_idle()
 512 {
 513         static int free_rover;
 514         static int zero_state;
 515         vm_page_t m;
 516         int s;
 517
 518         /*
 519          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 520          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 521          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 522          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 523          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 524          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 525          */
 526
 527         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
 528                 return(0);
 529         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 530                 return(0);
 531
 532 #ifdef SMP
 533         if (try_mplock()) {
 534 #endif
 535                 s = splvm();
 536                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 537                 zero_state = 0;
 538                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 539                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 540                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 541                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 542                         m->queue = PQ_NONE;
 543                         splx(s);
 544                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 545                         (void)splvm();
 546                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 547                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 548                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 549                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 550                             pageq);
 551                         ++vm_page_zero_count;
 552                         ++cnt_prezero;
 553                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 554                                 zero_state = 1;
 555                 }
 556                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 557                 splx(s);
 558                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 559 #ifdef SMP
 560                 rel_mplock();
 561 #endif
 562                 return (1);
 563 #ifdef SMP
 564         }
 565 #endif
 566         /*
 567          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
 568          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in
 569          * swtch.s
 570          */
 571         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
 572         return (0);
 573 }
 574
 575 /*
 576  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 577  */
 578 void
 579 swi_vm()
 580 {
 581         if (busdma_swi_pending != 0)
 582                 busdma_swi();
 583 }
 584
 585 /*
 586  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 587  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 588  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 589  * or other unpredictable behaviour.
 590  */
 591
 592 #include "isa.h"
 593
 594 int
 595 is_physical_memory(addr)
 596         vm_offset_t addr;
 597 {
 598
 599 #if NISA > 0
 600         /* The ISA ``memory hole''. */
 601         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 602                 return 0;
 603 #endif
 604
 605         /*
 606          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 607          * here
 608          */
 609
 610         return 1;
 611 }