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 1.5 2003/06/18 18:29:55 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         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)
 161                             ((char *)p2->p_thread->td_pcb - 16) - 1;
 162         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
 163
 164         /*
 165          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 166          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 167          */
 168         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
 169         pcb2->pcb_edi = 0;
 170         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 171         pcb2->pcb_ebp = 0;
 172         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
 173         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
 174         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 175         /*
 176          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 177          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 178          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 179          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 180          */
 181
 182 #ifdef SMP
 183         pcb2->pcb_mpnest = 1;
 184 #endif
 185         /*
 186          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 187          */
 188         pcb2->pcb_ext = 0;
 189
 190 #ifdef USER_LDT
 191         /* Copy the LDT, if necessary. */
 192         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 193                 if (flags & RFMEM) {
 194                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 195                 } else {
 196                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 197                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 198                 }
 199         }
 200 #endif
 201
 202         /*
 203          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 204          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 205          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 206          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 207          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 208          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 209          * the return to user-mode.
 210          */
 211 }
 212
 213 /*
 214  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 215  * been scheduled yet.
 216  *
 217  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 218  */
 219 void
 220 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 221         struct proc *p;
 222         void (*func) __P((void *));
 223         void *arg;
 224 {
 225         /*
 226          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 227          * is really called like this:  func(arg, frame);
 228          */
 229         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
 230         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
 231 }
 232
 233 void
 234 cpu_exit(p)
 235         register struct proc *p;
 236 {
 237         struct pcb *pcb = p->p_thread->td_pcb;
 238
 239 #if NNPX > 0
 240         npxexit(p);
 241 #endif  /* NNPX */
 242         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 243                 /*
 244                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 245                  * before freeing them?  (not done here)
 246                  */
 247                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 248                     ctob(IOPAGES + 1));
 249                 pcb->pcb_ext = 0;
 250         }
 251 #ifdef USER_LDT
 252         user_ldt_free(pcb);
 253 #endif
 254         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 255                 /*
 256                  * disable all hardware breakpoints
 257                  */
 258                 reset_dbregs();
 259                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 260         }
 261         cnt.v_swtch++;
 262         cpu_switch(p);
 263         panic("cpu_exit");
 264 }
 265
 266 void
 267 cpu_wait(p)
 268         struct proc *p;
 269 {
 270         /* drop per-process resources */
 271         pmap_dispose_proc(p);
 272         pmap_dispose_thread(p->p_thread);
 273 }
 274
 275 /*
 276  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 277  */
 278 int
 279 cpu_coredump(p, vp, cred)
 280         struct proc *p;
 281         struct vnode *vp;
 282         struct ucred *cred;
 283 {
 284         int error;
 285         caddr_t tempuser;
 286
 287         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 288         if (!tempuser)
 289                 return EINVAL;
 290
 291         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 292         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 293         bcopy(p->p_md.md_regs,
 294               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 295               sizeof(struct trapframe));
 296         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
 297
 298         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
 299                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, p);
 300
 301         free(tempuser, M_TEMP);
 302
 303         return error;
 304 }
 305
 306 #ifdef notyet
 307 static void
 308 setredzone(pte, vaddr)
 309         u_short *pte;
 310         caddr_t vaddr;
 311 {
 312 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 313    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 314    this means though that protection violations need to be handled
 315    thru a double fault exception that must do an integral task
 316    switch to a known good context, within which a dump can be
 317    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 318    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 319    and take the dump while still in mapped mode */
 320 }
 321 #endif
 322
 323 /*
 324  * Convert kernel VA to physical address
 325  */
 326 u_long
 327 kvtop(void *addr)
 328 {
 329         vm_offset_t va;
 330
 331         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 332         if (va == 0)
 333                 panic("kvtop: zero page frame");
 334         return((int)va);
 335 }
 336
 337 /*
 338  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 339  */
 340
 341 #ifdef SMP
 342 static void
 343 cpu_reset_proxy()
 344 {
 345         u_int saved_mp_lock;
 346
 347         cpu_reset_proxy_active = 1;
 348         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 349                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 350         saved_mp_lock = mp_lock;
 351         mp_lock = 1;
 352         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 353         cpu_reset_proxy_active = 3;
 354         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 355                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 356         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 357         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 358         DELAY(1000000);
 359         cpu_reset_real();
 360 }
 361 #endif
 362
 363 void
 364 cpu_reset()
 365 {
 366 #ifdef SMP
 367         if (smp_active == 0) {
 368                 cpu_reset_real();
 369                 /* NOTREACHED */
 370         } else {
 371
 372                 u_int map;
 373                 int cnt;
 374                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
 375
 376                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
 377
 378                 if (map != 0) {
 379                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 380                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 381                 }
 382
 383                 if (cpuid == 0) {
 384                         DELAY(1000000);
 385                         cpu_reset_real();
 386                         /* NOTREACHED */
 387                 } else {
 388                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 389
 390                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
 391                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 392                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 393                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 394
 395                         cnt = 0;
 396                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 397                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 398                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 399                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 400                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 401                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 402                         cnt = 0;
 403                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 404                                 cnt++;  /* Do nothing */
 405                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 406                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 407                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 408                         }
 409                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 410                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 411                         while (1);
 412                         /* NOTREACHED */
 413                 }
 414         }
 415 #else
 416         cpu_reset_real();
 417 #endif
 418 }
 419
 420 static void
 421 cpu_reset_real()
 422 {
 423
 424 #ifdef PC98
 425         /*
 426          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
 427          */
 428         disable_intr();
 429         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
 430                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
 431                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
 432         }
 433         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
 434 #else
 435         /*
 436          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 437          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 438          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 439          */
 440
 441 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 442         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 443         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 444         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 445         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 446 #endif
 447 #endif /* PC98 */
 448         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 449         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 450
 451         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 452         invltlb();
 453         /* NOTREACHED */
 454         while(1);
 455 }
 456
 457 int
 458 grow_stack(p, sp)
 459         struct proc *p;
 460         u_int sp;
 461 {
 462         int rv;
 463
 464         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 465         if (rv != KERN_SUCCESS)
 466                 return (0);
 467
 468         return (1);
 469 }
 470
 471 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 472
 473 static int cnt_prezero;
 474
 475 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 476         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 477
 478 /*
 479  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 480  * This routine is called from the idle loop.
 481  */
 482
 483 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 484 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 485
 486 int
 487 vm_page_zero_idle()
 488 {
 489         static int free_rover;
 490         static int zero_state;
 491         vm_page_t m;
 492         int s;
 493
 494         /*
 495          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 496          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 497          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 498          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 499          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 500          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 501          */
 502
 503         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
 504                 return(0);
 505         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 506                 return(0);
 507
 508 #ifdef SMP
 509         if (try_mplock()) {
 510 #endif
 511                 s = splvm();
 512                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 513                 zero_state = 0;
 514                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 515                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 516                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 517                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 518                         m->queue = PQ_NONE;
 519                         splx(s);
 520                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 521                         (void)splvm();
 522                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 523                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 524                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 525                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 526                             pageq);
 527                         ++vm_page_zero_count;
 528                         ++cnt_prezero;
 529                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 530                                 zero_state = 1;
 531                 }
 532                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 533                 splx(s);
 534                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 535 #ifdef SMP
 536                 rel_mplock();
 537 #endif
 538                 return (1);
 539 #ifdef SMP
 540         }
 541 #endif
 542         /*
 543          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
 544          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in
 545          * swtch.s
 546          */
 547         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
 548         return (0);
 549 }
 550
 551 /*
 552  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 553  */
 554 void
 555 swi_vm()
 556 {
 557         if (busdma_swi_pending != 0)
 558                 busdma_swi();
 559 }
 560
 561 /*
 562  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 563  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 564  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 565  * or other unpredictable behaviour.
 566  */
 567
 568 #include "isa.h"
 569
 570 int
 571 is_physical_memory(addr)
 572         vm_offset_t addr;
 573 {
 574
 575 #if NISA > 0
 576         /* The ISA ``memory hole''. */
 577         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 578                 return 0;
 579 #endif
 580
 581         /*
 582          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 583          * here
 584          */
 585
 586         return 1;
 587 }