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 #include <machine/vmm.h>
  66
  67 #include <vm/vm.h>
  68 #include <vm/vm_param.h>
  69 #include <sys/lock.h>
  70 #include <vm/vm_kern.h>
  71 #include <vm/vm_page.h>
  72 #include <vm/vm_map.h>
  73 #include <vm/vm_extern.h>
  74
  75 #include <sys/thread2.h>
  76 #include <sys/mplock2.h>
  77
  78 #include <bus/isa/isa.h>
  79
  80 static void     cpu_reset_real (void);
  81 /*
  82  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
  83  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
  84  * ready to run and return to user mode.
  85  */
  86 void
  87 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
  88 {
  89         struct pcb *pcb2;
  90
  91         if ((flags & RFPROC) == 0) {
  92                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
  93                         /* unshare user LDT */
  94                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
  95                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
  96                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
  97                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
  98                                 user_ldt_free(pcb1);
  99                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 100                                 set_user_ldt(pcb1);
 101                         }
 102                 }
 103                 return;
 104         }
 105
 106         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
 107         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
 108                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
 109
 110         /*
 111          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
 112          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
 113          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
 114          * the register state may not be current.
 115          */
 116         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
 117         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
 118
 119         /*
 120          * Create a new fresh stack for the new process.
 121          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 122          * syscall.  This copies the user mode register values.
 123          *
 124          * pcb_rsp must allocate an additional call-return pointer below
 125          * the trap frame which will be restored by cpu_heavy_restore from
 126          * PCB_RIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
 127          * additonal two quadwords below the pcb_rsp call-return pointer to
 128          * hold the LWKT restore function pointer and rflags.
 129          *
 130          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_heavy_restore,
 131          * which is our standard heavy-weight process switch-in function.
 132          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 133          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 134          * all the extra crap we are setting up.
 135          */
 136         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)pcb2 - 1;
 137         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
 138
 139         /*
 140          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 141          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 142          */
 143         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pml4);
 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->lwp_func;
 203         regs->tf_rsp = (long)params->lwp_stack;
 204         /* Set up argument for function call */
 205         regs->tf_rdi = (long)params->lwp_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         if (lp->lwp_proc->p_vmm) {
 218                 lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_cr3 = KPML4phys;
 219                 cpu_set_fork_handler(lp,
 220                     (void (*)(void *, struct trapframe *))vmm_lwp_return, lp);
 221         } else {
 222                 cpu_set_fork_handler(lp,
 223                     (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
 224         }
 225         return (0);
 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(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
 236                      void *arg)
 237 {
 238         /*
 239          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 240          * is really called like this:  func(arg, frame);
 241          */
 242         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;   /* function */
 243         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;    /* first arg */
 244 }
 245
 246 void
 247 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 248 {
 249         td->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;
 250         td->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;
 251         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 252         td->td_sp -= sizeof(void *);
 253         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 254         td->td_sp -= sizeof(void *);
 255         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 256 }
 257
 258 void
 259 cpu_lwp_exit(void)
 260 {
 261         struct thread *td = curthread;
 262         struct pcb *pcb;
 263
 264         pcb = td->td_pcb;
 265
 266         /* Some i386 functionality was dropped */
 267         KKASSERT(pcb->pcb_ext == NULL);
 268
 269         /*
 270          * disable all hardware breakpoints
 271          */
 272         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 273                 reset_dbregs();
 274                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 275         }
 276         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
 277
 278         crit_enter_quick(td);
 279         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
 280                 tsleep_remove(td);
 281         lwkt_deschedule_self(td);
 282         lwkt_remove_tdallq(td);
 283         cpu_thread_exit();
 284 }
 285
 286 /*
 287  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
 288  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
 289  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
 290  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
 291  * out the stack.
 292  *
 293  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
 294  */
 295 void
 296 cpu_thread_exit(void)
 297 {
 298         npxexit();
 299         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 300         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
 301         lwkt_switch();
 302         panic("cpu_thread_exit: lwkt_switch() unexpectedly returned");
 303 }
 304
 305 void
 306 cpu_reset(void)
 307 {
 308         cpu_reset_real();
 309 }
 310
 311 static void
 312 cpu_reset_real(void)
 313 {
 314         /*
 315          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 316          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 317          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 318          */
 319
 320 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 321         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 322         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 323         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 324         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
 325 #endif
 326 #if 0 /* JG */
 327         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 328         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 329 #endif
 330
 331         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 332         cpu_invltlb();
 333         /* NOTREACHED */
 334         while(1);
 335 }
 336
 337 /*
 338  * Convert kernel VA to physical address
 339  */
 340 vm_paddr_t
 341 kvtop(void *addr)
 342 {
 343         vm_paddr_t pa;
 344
 345         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 346         if (pa == 0)
 347                 panic("kvtop: zero page frame");
 348         return (pa);
 349 }
 350
 351 static void
 352 swi_vm(void *arg, void *frame)
 353 {
 354         if (busdma_swi_pending != 0)
 355                 busdma_swi();
 356 }
 357
 358 static void
 359 swi_vm_setup(void *arg)
 360 {
 361         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL, 0);
 362 }
 363
 364 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
 365
 366 /*
 367  * platform-specific vmspace initialization (nothing for x86_64)
 368  */
 369 void
 370 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
 371 {
 372 }
 373
 374 void
 375 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
 376 {
 377 }
 378
 379 int
 380 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
 381 {
 382         vm_offset_t addr;
 383
 384         if (saddr < KvaStart)
 385                 return EFAULT;
 386         if (eaddr >= KvaEnd)
 387                 return EFAULT;
 388         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
 389                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
 390                         return EFAULT;
 391         }
 392         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
 393                 return EFAULT;
 394         return 0;
 395 }
 396
 397 #if 0
 398
 399 void _test_frame_enter(struct trapframe *frame);
 400 void _test_frame_exit(struct trapframe *frame);
 401
 402 void
 403 _test_frame_enter(struct trapframe *frame)
 404 {
 405         thread_t td = curthread;
 406
 407         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
 408                 KKASSERT(td->td_lwp);
 409                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
 410                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
 411                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
 412             td->td_lwp->lwp_saveusp = (void *)frame->tf_rsp;
 413             td->td_lwp->lwp_saveupc = (void *)frame->tf_rip;
 414         }
 415         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
 416             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
 417                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p",
 418                         frame, td->td_kstack);
 419         }
 420 }
 421
 422 void
 423 _test_frame_exit(struct trapframe *frame)
 424 {
 425         thread_t td = curthread;
 426
 427         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
 428                 KKASSERT(td->td_lwp);
 429                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
 430                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
 431                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
 432                 if (td->td_lwp->lwp_saveusp != (void *)frame->tf_rsp) {
 433                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d usp mismatch %p/%p\n",
 434                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
 435                                 td->td_lwp->lwp_saveusp,
 436                                 (void *)frame->tf_rsp);
 437                 }
 438                 if (td->td_lwp->lwp_saveupc != (void *)frame->tf_rip) {
 439                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d upc mismatch %p/%p\n",
 440                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
 441                                 td->td_lwp->lwp_saveupc,
 442                                 (void *)frame->tf_rip);
 443                 }
 444
 445                 /*
 446                  * adulterate the fields to catch entries that
 447                  * don't run through test_frame_enter
 448                  */
 449                 td->td_lwp->lwp_saveusp =
 450                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveusp;
 451                 td->td_lwp->lwp_saveupc =
 452                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveupc;
 453         }
 454         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
 455             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
 456                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p",
 457                         frame, td->td_kstack);
 458         }
 459 }
 460
 461 #endif