dc89b4c07b82649ec76ff19ec08aa42fe18b8098
[dragonfly.git] / 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 1.55 2007/02/03 10:30:12 corecode Exp $
43  */
44
45 #include "use_npx.h"
46 #include "use_isa.h"
47 #include "opt_reset.h"
48
49 #include <sys/param.h>
50 #include <sys/systm.h>
51 #include <sys/malloc.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/buf.h>
54 #include <sys/interrupt.h>
55 #include <sys/vnode.h>
56 #include <sys/vmmeter.h>
57 #include <sys/kernel.h>
58 #include <sys/sysctl.h>
59 #include <sys/unistd.h>
60
61 #include <machine/clock.h>
62 #include <machine/cpu.h>
63 #include <machine/md_var.h>
64 #include <machine/smp.h>
65 #include <machine/pcb.h>
66 #include <machine/pcb_ext.h>
67 #include <machine/vm86.h>
68 #include <machine/segments.h>
69 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
70
71 #include <vm/vm.h>
72 #include <vm/vm_param.h>
73 #include <sys/lock.h>
74 #include <vm/vm_kern.h>
75 #include <vm/vm_page.h>
76 #include <vm/vm_map.h>
77 #include <vm/vm_extern.h>
78
79 #include <sys/user.h>
80 #include <sys/thread2.h>
81
82 #include <bus/isa/i386/isa.h>
83
84 static void     cpu_reset_real (void);
85 #ifdef SMP
86 static void     cpu_reset_proxy (void);
87 static u_int    cpu_reset_proxyid;
88 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
89 #endif
90 extern int      _ucodesel, _udatasel;
91
92
93 /*
94  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
95  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
96  * ready to run and return to user mode.
97  */
98 void
99 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
100 {
101         struct pcb *pcb2;
102
103         if ((flags & RFPROC) == 0) {
104                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
105                         /* unshare user LDT */
106                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
107                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
108                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
109                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
110                                 user_ldt_free(pcb1);
111                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
112                                 set_user_ldt(pcb1);
113                         }
114                 }
115                 return;
116         }
117
118 #if NNPX > 0
119         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
120         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
121                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
122 #endif
123         
124         /*
125          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
126          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
127          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
128          * the register state may not be current.
129          */
130         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
131         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
132
133         /*
134          * Create a new fresh stack for the new process.
135          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
136          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
137          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
138          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
139          *
140          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
141          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
142          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
143          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
144          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
145          *
146          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
147          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
148          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
149          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
150          * all the extra crap we are setting up.
151          */
152         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
153         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
154
155         /*
156          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
157          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
158          */
159         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pdir);
160         pcb2->pcb_edi = 0;
161         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
162         pcb2->pcb_ebp = 0;
163         pcb2->pcb_esp = (int)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
164         pcb2->pcb_ebx = (int)lp2;               /* fork_trampoline argument */
165         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
166         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
167         *(u_int32_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
168         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
169         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
170
171         /*
172          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
173          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
174          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
175          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
176          */
177
178         /*
179          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
180          */
181         pcb2->pcb_ext = 0;
182
183         /* Copy the LDT, if necessary. */
184         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
185                 if (flags & RFMEM) {
186                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
187                 } else {
188                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
189                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
190                 }
191         }
192         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
193               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
194         /*
195          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
196          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
197          * containing the return address when exiting cpu_switch.
198          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
199          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
200          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
201          * the return to user-mode.
202          */
203 }
204
205 /*
206  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
207  * been scheduled yet.
208  *
209  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
210  */
211 void
212 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *), void *arg)
213 {
214         /*
215          * Note that the trap frame follows the args, so the function
216          * is really called like this:  func(arg, frame);
217          */
218         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
219         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
220 }
221
222 void
223 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
224 {
225         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
226         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
227         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
228         td->td_sp -= sizeof(void *);
229         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
230         td->td_sp -= sizeof(void *);
231         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
232 }
233
234 void
235 cpu_proc_exit(void)
236 {
237         struct thread *td = curthread;
238         struct pcb *pcb;
239         struct pcb_ext *ext;
240
241 #if NNPX > 0
242         npxexit();
243 #endif  /* NNPX */
244
245         /*
246          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
247          * to switch back to the common TSS before freeing it.
248          */
249         pcb = td->td_pcb;
250         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
251                 crit_enter();
252                 pcb->pcb_ext = NULL;
253                 td->td_switch(td);
254                 crit_exit();
255                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
256         }
257         user_ldt_free(pcb);
258         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
259                 /*
260                  * disable all hardware breakpoints
261                  */
262                 reset_dbregs();
263                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
264         }
265         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
266
267         crit_enter_quick(td);
268         lwkt_deschedule_self(td);
269         lwkt_remove_tdallq(td);
270         cpu_thread_exit();
271 }
272
273 /*
274  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
275  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
276  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
277  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
278  * out the stack.
279  *
280  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
281  */
282 void
283 cpu_thread_exit(void)
284 {
285         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
286         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
287         lwkt_switch();
288         panic("cpu_exit");
289 }
290
291 /*
292  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
293  * rwlock and removed it from the reap list.
294  */
295 void
296 cpu_proc_wait(struct proc *p)
297 {
298         struct thread *td;
299
300         /* drop per-process resources */
301         td = pmap_dispose_proc(p);
302         if (td)
303                 lwkt_free_thread(td);
304 }
305
306 #ifdef notyet
307 static void
308 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
309 {
310 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
311    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
312    this means though that protection violations need to be handled
313    thru a double fault exception that must do an integral task
314    switch to a known good context, within which a dump can be
315    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
316    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
317    and take the dump while still in mapped mode */
318 }
319 #endif
320
321 /*
322  * Convert kernel VA to physical address
323  */
324 vm_paddr_t
325 kvtop(void *addr)
326 {
327         vm_paddr_t pa;
328
329         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
330         if (pa == 0)
331                 panic("kvtop: zero page frame");
332         return (pa);
333 }
334
335 /*
336  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
337  */
338
339 #ifdef SMP
340 static void
341 cpu_reset_proxy(void)
342 {
343         u_int saved_mp_lock;
344
345         cpu_reset_proxy_active = 1;
346         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
347                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
348         saved_mp_lock = mp_lock;
349         mp_lock = 0;    /* BSP */
350         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
351         cpu_reset_proxy_active = 3;
352         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
353                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
354         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
355         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
356         DELAY(1000000);
357         cpu_reset_real();
358 }
359 #endif
360
361 void
362 cpu_reset(void)
363 {
364 #ifdef SMP
365         if (smp_active_mask == 1) {
366                 cpu_reset_real();
367                 /* NOTREACHED */
368         } else {
369                 u_int map;
370                 int cnt;
371                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
372
373                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
374
375                 if (map != 0) {
376                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
377                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
378                 }
379
380                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
381                         DELAY(1000000);
382                         cpu_reset_real();
383                         /* NOTREACHED */
384                 } else {
385                         /* We are not BSP (CPU #0) */
386
387                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
388                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
389                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
390                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
391
392                         cnt = 0;
393                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
394                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
395                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
396                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
397                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
398                         cpu_reset_proxy_active = 2;
399                         cnt = 0;
400                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
401                                 cnt++;  /* Do nothing */
402                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
403                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
404                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
405                         }
406                         cpu_reset_proxy_active = 4;
407                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
408                         while (1);
409                         /* NOTREACHED */
410                 }
411         }
412 #else
413         cpu_reset_real();
414 #endif
415 }
416
417 static void
418 cpu_reset_real(void)
419 {
420         /*
421          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
422          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
423          * to do the reset here would then end up in no man's land.
424          */
425
426 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
427         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
428         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
429         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
430         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
431 #endif
432         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
433         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
434
435         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
436         cpu_invltlb();
437         /* NOTREACHED */
438         while(1);
439 }
440
441 int
442 grow_stack(struct proc *p, u_int sp)
443 {
444         int rv;
445
446         rv = vm_map_growstack (p, sp);
447         if (rv != KERN_SUCCESS)
448                 return (0);
449
450         return (1);
451 }
452
453 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
454
455 static int cnt_prezero;
456
457 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
458         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
459
460 static void
461 swi_vm(void *arg, void *frame)
462 {
463         if (busdma_swi_pending != 0)
464                 busdma_swi();
465 }
466
467 static void
468 swi_vm_setup(void *arg)
469 {
470         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
471 }
472
473 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
474
475
476 /*
477  * Tell whether this address is in some physical memory region.
478  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
479  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
480  * or other unpredictable behaviour.
481  */
482
483 int
484 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
485 {
486
487 #if NISA > 0
488         /* The ISA ``memory hole''. */
489         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
490                 return 0;
491 #endif
492
493         /*
494          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
495          * here
496          */
497
498         return 1;
499 }
500
501 /*
502  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
503  */
504 void
505 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
506 {
507 }
508
509 void
510 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
511 {
512 }
513
514 /*
515  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
516  * the requested KVA range.
517  */
518 int
519 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
520 {
521         vm_offset_t addr;
522
523         if (saddr < KvaStart)
524                 return EFAULT;
525         if (eaddr >= KvaEnd)
526                 return EFAULT;
527         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
528                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
529                         return EFAULT;
530         }
531         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
532                 return EFAULT;
533         return 0;
534 }
535