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 1.10 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 }