proc->thread stage 4: rework the VFS and DEVICE subsystems to take thread
[dragonfly.git] / sys / i386 / 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/i386/i386/Attic/vm_machdep.c,v 1.10 2003/06/25 03:55:53 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 #include <sys/thread2.h>
83
84 #ifdef PC98
85 #include <pc98/pc98/pc98.h>
86 #else
87 #include <i386/isa/isa.h>
88 #endif
89
90 static void     cpu_reset_real __P((void));
91 #ifdef SMP
92 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
93 static u_int    cpu_reset_proxyid;
94 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
95 #endif
96 extern int      _ucodesel, _udatasel;
97
98 /*
99  * quick version of vm_fault
100  */
101 int
102 vm_fault_quick(v, prot)
103         caddr_t v;
104         int prot;
105 {
106         int r;
107
108         if (prot & VM_PROT_WRITE)
109                 r = subyte(v, fubyte(v));
110         else
111                 r = fubyte(v);
112         return(r);
113 }
114
115 /*
116  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
117  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
118  * ready to run and return to user mode.
119  */
120 void
121 cpu_fork(p1, p2, flags)
122         register struct proc *p1, *p2;
123         int flags;
124 {
125         struct pcb *pcb2;
126
127         if ((flags & RFPROC) == 0) {
128 #ifdef USER_LDT
129                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
130                         /* unshare user LDT */
131                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
132                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
133                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
134                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
135                                 user_ldt_free(pcb1);
136                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
137                                 set_user_ldt(pcb1);
138                         }
139                 }
140 #endif
141                 return;
142         }
143
144 #if NNPX > 0
145         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
146         if (npxthread == p1->p_thread)
147                 npxsave(&p1->p_thread->td_pcb->pcb_save);
148 #endif
149
150         /* Copy p1's pcb. */
151         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
152         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
153
154         /*
155          * Create a new fresh stack for the new process.
156          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
157          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
158          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
159          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
160          *
161          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
162          * the trap frame which will be restored by cpu_restore, and the
163          * thread's td_sp pointer must allocate an additonal call-return
164          * pointer below the pcb_esp call-return pointer to hold the LWKT
165          * restore function pointer.
166          *
167          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
168          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
169          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
170          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
171          * all the extra crap we are setting up.
172          */
173         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 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;
252
253 #if NNPX > 0
254         npxexit(p);
255 #endif  /* NNPX */
256
257         /*
258          * Cleanup the PCB
259          */
260         pcb = curthread->td_pcb;
261         if (pcb->pcb_ext != 0) {
262                 /* 
263                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages 
264                  * before freeing them?  (not done here)
265                  */
266                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
267                     ctob(IOPAGES + 1));
268                 pcb->pcb_ext = 0;
269         }
270 #ifdef USER_LDT
271         user_ldt_free(pcb);
272 #endif
273         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
274                 /*
275                  * disable all hardware breakpoints
276                  */
277                 reset_dbregs();
278                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
279         }
280         cnt.v_swtch++;
281
282         /*
283          * Set a special switch function which will release td_rwlock after
284          * the thread has been derferenced.
285          */
286         crit_enter();
287         KASSERT(curthread->td_switch == cpu_heavy_switch,
288             ("cpu_exit: unexpected switchout"));
289         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
290         lwkt_deschedule_self();
291         lwkt_switch();
292         panic("cpu_exit");
293 }
294
295 void
296 cpu_wait(p)
297         struct proc *p;
298 {
299         struct thread *td;
300
301         /* drop per-process resources */
302         td = pmap_dispose_proc(p);
303         if (td)
304             pmap_dispose_thread(td);
305 }
306
307 /*
308  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
309  */
310 int
311 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
312 {
313         struct proc *p = td->td_proc;
314         int error;
315         caddr_t tempuser;
316
317         KKASSERT(p);
318         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
319         if (!tempuser)
320                 return EINVAL;
321         
322         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
323         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
324         bcopy(p->p_md.md_regs,
325               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
326               sizeof(struct trapframe));
327         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
328
329         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
330                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
331
332         free(tempuser, M_TEMP);
333         
334         return error;
335 }
336
337 #ifdef notyet
338 static void
339 setredzone(pte, vaddr)
340         u_short *pte;
341         caddr_t vaddr;
342 {
343 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
344    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
345    this means though that protection violations need to be handled
346    thru a double fault exception that must do an integral task
347    switch to a known good context, within which a dump can be
348    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
349    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
350    and take the dump while still in mapped mode */
351 }
352 #endif
353
354 /*
355  * Convert kernel VA to physical address
356  */
357 u_long
358 kvtop(void *addr)
359 {
360         vm_offset_t va;
361
362         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
363         if (va == 0)
364                 panic("kvtop: zero page frame");
365         return((int)va);
366 }
367
368 /*
369  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
370  */
371
372 #ifdef SMP
373 static void
374 cpu_reset_proxy()
375 {
376         u_int saved_mp_lock;
377
378         cpu_reset_proxy_active = 1;
379         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
380                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
381         saved_mp_lock = mp_lock;
382         mp_lock = 1;
383         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
384         cpu_reset_proxy_active = 3;
385         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
386                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
387         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
388         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
389         DELAY(1000000);
390         cpu_reset_real();
391 }
392 #endif
393
394 void
395 cpu_reset()
396 {
397 #ifdef SMP
398         if (smp_active == 0) {
399                 cpu_reset_real();
400                 /* NOTREACHED */
401         } else {
402
403                 u_int map;
404                 int cnt;
405                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
406
407                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
408
409                 if (map != 0) {
410                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
411                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
412                 }
413
414                 if (cpuid == 0) {
415                         DELAY(1000000);
416                         cpu_reset_real();
417                         /* NOTREACHED */
418                 } else {
419                         /* We are not BSP (CPU #0) */
420
421                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
422                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
423                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
424                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
425
426                         cnt = 0;
427                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
428                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
429                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
430                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
431                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
432                         cpu_reset_proxy_active = 2;
433                         cnt = 0;
434                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
435                                 cnt++;  /* Do nothing */
436                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
437                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
438                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
439                         }
440                         cpu_reset_proxy_active = 4;
441                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
442                         while (1);
443                         /* NOTREACHED */
444                 }
445         }
446 #else
447         cpu_reset_real();
448 #endif
449 }
450
451 static void
452 cpu_reset_real()
453 {
454
455 #ifdef PC98
456         /*
457          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
458          */
459         disable_intr();
460         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
461                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
462                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
463         }
464         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
465 #else
466         /*
467          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
468          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
469          * to do the reset here would then end up in no man's land.
470          */
471
472 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
473         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
474         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
475         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
476         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
477 #endif
478 #endif /* PC98 */
479         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
480         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
481
482         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
483         invltlb();
484         /* NOTREACHED */
485         while(1);
486 }
487
488 int
489 grow_stack(p, sp)
490         struct proc *p;
491         u_int sp;
492 {
493         int rv;
494
495         rv = vm_map_growstack (p, sp);
496         if (rv != KERN_SUCCESS)
497                 return (0);
498
499         return (1);
500 }
501
502 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
503
504 static int cnt_prezero;
505
506 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
507         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
508
509 /*
510  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
511  * This routine is called from the idle loop.
512  */
513
514 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
515 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
516
517 int
518 vm_page_zero_idle()
519 {
520         static int free_rover;
521         static int zero_state;
522         vm_page_t m;
523         int s;
524
525         /*
526          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
527          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
528          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
529          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
530          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
531          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
532          */
533
534         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
535                 return(0);
536         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
537                 return(0);
538
539 #ifdef SMP
540         if (try_mplock()) {
541 #endif
542                 s = splvm();
543                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
544                 zero_state = 0;
545                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
546                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
547                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
548                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
549                         m->queue = PQ_NONE;
550                         splx(s);
551                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
552                         (void)splvm();
553                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
554                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
555                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
556                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
557                             pageq);
558                         ++vm_page_zero_count;
559                         ++cnt_prezero;
560                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
561                                 zero_state = 1;
562                 }
563                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
564                 splx(s);
565                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
566 #ifdef SMP
567                 rel_mplock();
568 #endif
569                 return (1);
570 #ifdef SMP
571         }
572 #endif
573         /*
574          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
575          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
576          * swtch.s
577          */
578         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
579         return (0);
580 }
581
582 /*
583  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
584  */   
585 void  
586 swi_vm() 
587 {     
588         if (busdma_swi_pending != 0)
589                 busdma_swi();
590 }
591
592 /*
593  * Tell whether this address is in some physical memory region.
594  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
595  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
596  * or other unpredictable behaviour.
597  */
598
599 #include "isa.h"
600
601 int
602 is_physical_memory(addr)
603         vm_offset_t addr;
604 {
605
606 #if NISA > 0
607         /* The ISA ``memory hole''. */
608         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
609                 return 0;
610 #endif
611
612         /*
613          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
614          * here
615          */
616
617         return 1;
618 }