sys/platform/vkernel64/x86_64/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 #include <sys/vmm.h>
  42
  43 #include <vm/vm_extern.h>
  44 #include <vm/vm_kern.h>
  45 #include <vm/vm_object.h>
  46 #include <vm/vm_page.h>
  47
  48 #include <sys/mplock2.h>
  49
  50 #include <machine/cpu.h>
  51 #include <machine/cpufunc.h>
  52 #include <machine/globaldata.h>
  53 #include <machine/md_var.h>
  54 #include <machine/pmap.h>
  55 #include <machine/smp.h>
  56 #include <machine/tls.h>
  57 #include <machine/param.h>
  58
  59 #include <unistd.h>
  60 #include <pthread.h>
  61 #include <signal.h>
  62 #include <stdio.h>
  63
  64 extern pt_entry_t *KPTphys;
  65
  66 extern int vmm_enabled;
  67
  68 volatile cpumask_t stopped_cpus;
  69 cpumask_t       smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
  70 static int      boot_address;
  71 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
  72 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
  73 static int  mp_finish;
  74
  75 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
  76 static int core_bits = 0;
  77 static int logical_CPU_bits = 0;
  78
  79 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
  80 void bootstrap_idle(void);
  81 void single_cpu_ipi(int, int, int);
  82 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
  83 #if 0
  84 void ipi_handler(int);
  85 #endif
  86
  87 pt_entry_t *SMPpt;
  88
  89 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  90 char *bootSTK;
  91 static int bootAP;
  92
  93
  94 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
  95 static int start_all_aps(u_int);
  96 void init_secondary(void);
  97 void *start_ap(void *);
  98
  99 /*
 100  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
 101  */
 102 static
 103 void
 104 ap_finish(void)
 105 {
 106         int i;
 107
 108         mp_finish = 1;
 109         if (bootverbose)
 110                 kprintf("Finish MP startup\n");
 111
 112         /* build our map of 'other' CPUs */
 113         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 114         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 115
 116         /*
 117          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 118          * of 'other' CPUs.
 119          */
 120         rel_mplock();
 121         while (smp_active_mask != smp_startup_mask) {
 122                 DELAY(100000);
 123                 cpu_lfence();
 124         }
 125
 126         while (try_mplock() == 0)
 127                 DELAY(100000);
 128         if (bootverbose)
 129                 kprintf("Active CPU Mask: %08lx\n", (long)smp_active_mask);
 130 }
 131
 132 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
 133
 134 void *
 135 start_ap(void *arg __unused)
 136 {
 137         init_secondary();
 138         setrealcpu();
 139         bootstrap_idle();
 140
 141         return(NULL); /* NOTREACHED */
 142 }
 143
 144 /* storage for AP thread IDs */
 145 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 146
 147 void
 148 mp_start(void)
 149 {
 150         int shift;
 151         ncpus = optcpus;
 152
 153         mp_naps = ncpus - 1;
 154
 155         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
 156         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 157                 ;
 158         --shift;
 159         ncpus2_shift = shift;
 160         ncpus2 = 1 << shift;
 161         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
 162
 163         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 164         if ((1 << shift) < ncpus)
 165                 ++shift;
 166         ncpus_fit = 1 << shift;
 167         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 168
 169         /*
 170          * cpu0 initialization
 171          */
 172         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
 173                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 174         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 175
 176         /*
 177          * cpu 1-(n-1)
 178          */
 179         start_all_aps(boot_address);
 180
 181 }
 182
 183 void
 184 mp_announce(void)
 185 {
 186         int x;
 187
 188         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 189         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 190
 191         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
 192                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 193 }
 194
 195 void
 196 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 197 {
 198         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
 199                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 200                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 201         }
 202 #if 0
 203         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 204 #endif
 205 }
 206
 207 void
 208 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 209 {
 210         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 211 }
 212
 213 void
 214 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 215 {
 216         crit_enter();
 217         while (CPUMASK_TESTNZERO(target)) {
 218                 int n = BSFCPUMASK(target);
 219                 CPUMASK_NANDBIT(target, n);
 220                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 221         }
 222         crit_exit();
 223 }
 224
 225 int
 226 stop_cpus(cpumask_t map)
 227 {
 228         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 229
 230         crit_enter();
 231         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 232                 int n = BSFCPUMASK(map);
 233                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 234                 ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(stopped_cpus, n);
 235                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 236                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 237         }
 238         crit_exit();
 239 #if 0
 240         panic("XXX stop_cpus()");
 241 #endif
 242
 243         return(1);
 244 }
 245
 246 int
 247 restart_cpus(cpumask_t map)
 248 {
 249         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 250
 251         crit_enter();
 252         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 253                 int n = BSFCPUMASK(map);
 254                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 255                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(stopped_cpus, n);
 256                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 257                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 258         }
 259         crit_exit();
 260 #if 0
 261         panic("XXX restart_cpus()");
 262 #endif
 263
 264         return(1);
 265 }
 266 void
 267 ap_init(void)
 268 {
 269         /*
 270          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 271          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 272          * is waiting for our signal.
 273          *
 274          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 275          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 276          * trying to send us an IPI.
 277          */
 278         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
 279         cpu_mfence();
 280
 281         /*
 282          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 283          * then get the MP lock.
 284          *
 285          * Note: We are in a critical section.
 286          *
 287          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 288          *
 289          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 290          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 291          * caching it.
 292          */
 293
 294         while (mp_finish == 0) {
 295                 cpu_lfence();
 296                 DELAY(500000);
 297         }
 298         while (try_mplock() == 0)
 299                 DELAY(100000);
 300
 301         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 302         cpu_invltlb();
 303
 304         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 305         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 306         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 307
 308         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 309
 310
 311         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 312         mem_range_AP_init();
 313         /*
 314          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 315          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 316          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 317          * message interlock could be left set which would also prevent
 318          * further IPIs.
 319          *
 320          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 321          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 322          * because we returning almost directly into the idle loop.
 323          *
 324          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 325          * nothing we've done put it there.
 326          */
 327         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
 328         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
 329
 330         mdcpu->gd_fpending = 0;
 331         mdcpu->gd_ipending = 0;
 332         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 333         lwkt_process_ipiq();
 334
 335         /*
 336          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 337          */
 338         rel_mplock();
 339         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 340 }
 341
 342 void
 343 init_secondary(void)
 344 {
 345         int     myid = bootAP;
 346         struct mdglobaldata *md;
 347         struct privatespace *ps;
 348
 349         ps = &CPU_prvspace[myid];
 350
 351         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 352
 353         /*
 354          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 355          * point.  Note that %fs is used by pthreads.
 356          */
 357         tls_set_gs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 358
 359         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 360
 361         /* JG */
 362         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
 363         //md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 364         //md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 365
 366         /*
 367          * Set to a known state:
 368          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 369          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 370          */
 371 }
 372
 373 static int
 374 start_all_aps(u_int boot_addr)
 375 {
 376         int x, i;
 377         struct mdglobaldata *gd;
 378         struct privatespace *ps;
 379         vm_page_t m;
 380         vm_offset_t va;
 381         void *stack;
 382         pthread_attr_t attr;
 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         pthread_attr_init(&attr);
 393
 394         vm_object_hold(&kernel_object);
 395         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
 396         {
 397                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 398                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 399                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 400                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 401                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 402                 }
 403
 404                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 405                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 406                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 407                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 408                 }
 409
 410                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 411                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 412                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 413
 414                 /* prime data page for it to use */
 415                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 416                 cpu_gdinit(gd, x);
 417
 418 #if 0
 419                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 420                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 421                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 422                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 423                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 424                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 425                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 426                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 427 #endif
 428
 429                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 430                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 431
 432                 /*
 433                  * Setup the AP boot stack
 434                  */
 435                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 436                 bootAP = x;
 437
 438                 /*
 439                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 440                  *
 441                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 442                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 443                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 444                  * have already been enabled.
 445                  */
 446                 cpu_disable_intr();
 447
 448                 if (vmm_enabled) {
 449                         stack = mmap(NULL, KERNEL_STACK_SIZE,
 450                             PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
 451                             MAP_ANON, -1, 0);
 452                         if (stack == MAP_FAILED) {
 453                                 panic("Unable to allocate stack for thread %d\n", x);
 454                         }
 455                         pthread_attr_setstack(&attr, stack, KERNEL_STACK_SIZE);
 456                 }
 457
 458                 pthread_create(&ap_tids[x], &attr, start_ap, NULL);
 459                 cpu_enable_intr();
 460
 461                 while (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, x) == 0) {
 462                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 463                         DELAY(1000);
 464                 }
 465         }
 466         vm_object_drop(&kernel_object);
 467         pthread_attr_destroy(&attr);
 468
 469         return(ncpus - 1);
 470 }
 471
 472 /*
 473  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
 474  */
 475
 476 void
 477 detect_cpu_topology(void)
 478 {
 479         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
 480         core_bits = vkernel_B_arg;
 481 }
 482
 483 int
 484 get_chip_ID(int cpuid)
 485 {
 486         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
 487             (logical_CPU_bits + core_bits);
 488 }
 489
 490 int
 491 get_core_number_within_chip(int cpuid)
 492 {
 493         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
 494             ( (1 << core_bits) -1);
 495 }
 496
 497 int
 498 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
 499 {
 500         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
 501             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
 502 }
 503