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 /* which cpus are ready for IPIs etc? */
  70 cpumask_t       smp_active_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
  71 static int      boot_address;
  72 /* which cpus have been started */
  73 static cpumask_t smp_startup_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
  74 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
  75 static int  mp_finish;
  76
  77 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
  78 static int core_bits = 0;
  79 static int logical_CPU_bits = 0;
  80
  81 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
  82 void bootstrap_idle(void);
  83 void single_cpu_ipi(int, int, int);
  84 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
  85 #if 0
  86 void ipi_handler(int);
  87 #endif
  88
  89 pt_entry_t *SMPpt;
  90
  91 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  92 char *bootSTK;
  93 static int bootAP;
  94
  95
  96 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
  97 static int start_all_aps(u_int);
  98 void init_secondary(void);
  99 void *start_ap(void *);
 100
 101 /*
 102  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
 103  */
 104 static
 105 void
 106 ap_finish(void)
 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 (CPUMASK_CMPMASKNEQ(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)CPUMASK_LOWMASK(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         size_t ipiq_size;
 151         int shift;
 152
 153         ncpus = optcpus;
 154
 155         mp_naps = ncpus - 1;
 156
 157         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
 158         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 159                 ;
 160         --shift;
 161         ncpus2_shift = shift;
 162         ncpus2 = 1 << shift;
 163         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
 164
 165         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 166         if ((1 << shift) < ncpus)
 167                 ++shift;
 168         ncpus_fit = 1 << shift;
 169         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 170
 171         /*
 172          * cpu0 initialization
 173          */
 174         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
 175         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size);
 176         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
 177
 178         /*
 179          * cpu 1-(n-1)
 180          */
 181         start_all_aps(boot_address);
 182
 183 }
 184
 185 void
 186 mp_announce(void)
 187 {
 188         int x;
 189
 190         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 191         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 192
 193         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
 194                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 195 }
 196
 197 void
 198 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 199 {
 200         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
 201                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 202                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 203         }
 204 #if 0
 205         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 206 #endif
 207 }
 208
 209 void
 210 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 211 {
 212         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 213 }
 214
 215 void
 216 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 217 {
 218         crit_enter();
 219         while (CPUMASK_TESTNZERO(target)) {
 220                 int n = BSFCPUMASK(target);
 221                 CPUMASK_NANDBIT(target, n);
 222                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 223         }
 224         crit_exit();
 225 }
 226
 227 int
 228 stop_cpus(cpumask_t map)
 229 {
 230         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 231
 232         crit_enter();
 233         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 234                 int n = BSFCPUMASK(map);
 235                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 236                 ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(stopped_cpus, n);
 237                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 238                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 239         }
 240         crit_exit();
 241 #if 0
 242         panic("XXX stop_cpus()");
 243 #endif
 244
 245         return(1);
 246 }
 247
 248 int
 249 restart_cpus(cpumask_t map)
 250 {
 251         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 252
 253         crit_enter();
 254         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 255                 int n = BSFCPUMASK(map);
 256                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 257                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(stopped_cpus, n);
 258                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 259                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 260         }
 261         crit_exit();
 262 #if 0
 263         panic("XXX restart_cpus()");
 264 #endif
 265
 266         return(1);
 267 }
 268 void
 269 ap_init(void)
 270 {
 271         /*
 272          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 273          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 274          * is waiting for our signal.
 275          *
 276          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 277          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 278          * trying to send us an IPI.
 279          */
 280         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
 281         cpu_mfence();
 282
 283         /*
 284          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 285          * then get the MP lock.
 286          *
 287          * Note: We are in a critical section.
 288          *
 289          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 290          *
 291          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 292          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 293          * caching it.
 294          */
 295
 296         while (mp_finish == 0) {
 297                 cpu_lfence();
 298                 DELAY(500000);
 299         }
 300         while (try_mplock() == 0)
 301                 DELAY(100000);
 302
 303         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 304         cpu_invltlb();
 305
 306         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 307         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 308         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 309
 310         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 311
 312
 313         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 314         mem_range_AP_init();
 315         /*
 316          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 317          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 318          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 319          * message interlock could be left set which would also prevent
 320          * further IPIs.
 321          *
 322          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 323          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 324          * because we returning almost directly into the idle loop.
 325          *
 326          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 327          * nothing we've done put it there.
 328          */
 329         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
 330         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
 331
 332         mdcpu->gd_fpending = 0;
 333         mdcpu->gd_ipending = 0;
 334         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 335         lwkt_process_ipiq();
 336
 337         /*
 338          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 339          */
 340         rel_mplock();
 341         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 342 }
 343
 344 void
 345 init_secondary(void)
 346 {
 347         int     myid = bootAP;
 348         struct mdglobaldata *md;
 349         struct privatespace *ps;
 350
 351         ps = &CPU_prvspace[myid];
 352
 353         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 354
 355         /*
 356          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 357          * point.  Note that %fs is used by pthreads.
 358          */
 359         tls_set_gs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 360
 361         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 362
 363         /* JG */
 364         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 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         void *stack;
 384         pthread_attr_t attr;
 385         size_t ipiq_size;
 386 #if 0
 387         struct lwp_params params;
 388 #endif
 389
 390         /*
 391          * needed for ipis to initial thread
 392          * FIXME: rename ap_tids?
 393          */
 394         ap_tids[0] = pthread_self();
 395         pthread_attr_init(&attr);
 396
 397         vm_object_hold(&kernel_object);
 398         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
 399         {
 400                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 401                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 402                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 403                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 404                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 405                 }
 406
 407                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 408                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 409                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 410                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 411                 }
 412
 413                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 414                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 415                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 416
 417                 /* prime data page for it to use */
 418                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 419                 cpu_gdinit(gd, x);
 420
 421 #if 0
 422                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 423                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 424                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 425                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 426                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 427                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 428                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 429                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 430 #endif
 431
 432                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1);
 433                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size);
 434                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
 435
 436                 /*
 437                  * Setup the AP boot stack
 438                  */
 439                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 440                 bootAP = x;
 441
 442                 /*
 443                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 444                  *
 445                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 446                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 447                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 448                  * have already been enabled.
 449                  */
 450                 cpu_disable_intr();
 451
 452                 if (vmm_enabled) {
 453                         stack = mmap(NULL, KERNEL_STACK_SIZE,
 454                             PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
 455                             MAP_ANON, -1, 0);
 456                         if (stack == MAP_FAILED) {
 457                                 panic("Unable to allocate stack for thread %d\n", x);
 458                         }
 459                         pthread_attr_setstack(&attr, stack, KERNEL_STACK_SIZE);
 460                 }
 461
 462                 pthread_create(&ap_tids[x], &attr, start_ap, NULL);
 463                 cpu_enable_intr();
 464
 465                 while (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, x) == 0) {
 466                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 467                         DELAY(1000);
 468                 }
 469         }
 470         vm_object_drop(&kernel_object);
 471         pthread_attr_destroy(&attr);
 472
 473         return(ncpus - 1);
 474 }
 475
 476 /*
 477  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
 478  */
 479
 480 void
 481 detect_cpu_topology(void)
 482 {
 483         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
 484         core_bits = vkernel_B_arg;
 485 }
 486
 487 int
 488 get_chip_ID(int cpuid)
 489 {
 490         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
 491             (logical_CPU_bits + core_bits);
 492 }
 493
 494 int
 495 get_core_number_within_chip(int cpuid)
 496 {
 497         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
 498             ( (1 << core_bits) -1);
 499 }
 500
 501 int
 502 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
 503 {
 504         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
 505             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
 506 }
 507