Get most of the VKERNEL pmap handling code in.
[dragonfly.git] / sys / platform / vkernel / i386 / swtch.s
1 /*
2  * Copyright (c) 2003,2004 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  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
35  * All rights reserved.
36  *
37  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
38  * William Jolitz.
39  *
40  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
41  * modification, are permitted provided that the following conditions
42  * are met:
43  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
44  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
45  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
46  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
47  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
48  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
49  *    must display the following acknowledgement:
50  *      This product includes software developed by the University of
51  *      California, Berkeley and its contributors.
52  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
53  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
54  *    without specific prior written permission.
55  *
56  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
57  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
58  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
59  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
60  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
61  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
62  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
63  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
64  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
65  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
66  * SUCH DAMAGE.
67  *
68  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/swtch.s,v 1.89.2.10 2003/01/23 03:36:24 ps Exp $
69  * $DragonFly: src/sys/platform/vkernel/i386/swtch.s,v 1.1 2007/01/02 04:24:25 dillon Exp $
70  */
71
72 #include "use_npx.h"
73
74 #include <sys/rtprio.h>
75
76 #include <machine/asmacros.h>
77 #include <machine/segments.h>
78
79 #include <machine/pmap.h>
80 #include <machine/lock.h>
81
82 #include "assym.s"
83
84 #if defined(SMP)
85 #define MPLOCKED        lock ;
86 #else
87 #define MPLOCKED
88 #endif
89
90         .data
91
92         .globl  panic
93
94 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
95         .globl  swtch_optim_stats, tlb_flush_count
96 swtch_optim_stats:      .long   0               /* number of _swtch_optims */
97 tlb_flush_count:        .long   0
98 #endif
99
100         .text
101
102
103 /*
104  * cpu_heavy_switch(next_thread)
105  *
106  *      Switch from the current thread to a new thread.  This entry
107  *      is normally called via the thread->td_switch function, and will
108  *      only be called when the current thread is a heavy weight process.
109  *
110  *      Some instructions have been reordered to reduce pipeline stalls.
111  *
112  *      YYY disable interrupts once giant is removed.
113  */
114 ENTRY(cpu_heavy_switch)
115         /*
116          * Save general regs
117          */
118         movl    PCPU(curthread),%ecx
119         movl    (%esp),%eax                     /* (reorder optimization) */
120         movl    TD_PCB(%ecx),%edx               /* EDX = PCB */
121         movl    %eax,PCB_EIP(%edx)              /* return PC may be modified */
122         movl    %ebx,PCB_EBX(%edx)
123         movl    %esp,PCB_ESP(%edx)
124         movl    %ebp,PCB_EBP(%edx)
125         movl    %esi,PCB_ESI(%edx)
126         movl    %edi,PCB_EDI(%edx)
127         movl    %gs,PCB_GS(%edx)
128
129         movl    %ecx,%ebx                       /* EBX = curthread */
130         movl    TD_PROC(%ecx),%ecx
131         movl    PCPU(cpuid), %eax
132         movl    P_VMSPACE(%ecx), %ecx           /* ECX = vmspace */
133         MPLOCKED btrl   %eax, VM_PMAP+PM_ACTIVE(%ecx)
134
135         /*
136          * Push the LWKT switch restore function, which resumes a heavy
137          * weight process.  Note that the LWKT switcher is based on
138          * TD_SP, while the heavy weight process switcher is based on
139          * PCB_ESP.  TD_SP is usually two ints pushed relative to
140          * PCB_ESP.  We push the flags for later restore by cpu_heavy_restore.
141          */
142         pushfl
143         pushl   $cpu_heavy_restore
144         movl    %esp,TD_SP(%ebx)
145
146         /*
147          * Save debug regs if necessary
148          */
149         movb    PCB_FLAGS(%edx),%al
150         andb    $PCB_DBREGS,%al
151         jz      1f                              /* no, skip over */
152         movl    %dr7,%eax                       /* yes, do the save */
153         movl    %eax,PCB_DR7(%edx)
154         andl    $0x0000fc00, %eax               /* disable all watchpoints */
155         movl    %eax,%dr7
156         movl    %dr6,%eax
157         movl    %eax,PCB_DR6(%edx)
158         movl    %dr3,%eax
159         movl    %eax,PCB_DR3(%edx)
160         movl    %dr2,%eax
161         movl    %eax,PCB_DR2(%edx)
162         movl    %dr1,%eax
163         movl    %eax,PCB_DR1(%edx)
164         movl    %dr0,%eax
165         movl    %eax,PCB_DR0(%edx)
166 1:
167  
168 #if NNPX > 0
169         /*
170          * Save the FP state if we have used the FP.  Note that calling
171          * npxsave will NULL out PCPU(npxthread).
172          */
173         cmpl    %ebx,PCPU(npxthread)
174         jne     1f
175         pushl   TD_SAVEFPU(%ebx)
176         call    npxsave                 /* do it in a big C function */
177         addl    $4,%esp                 /* EAX, ECX, EDX trashed */
178 1:
179 #endif  /* NNPX > 0 */
180
181         /*
182          * Switch to the next thread, which was passed as an argument
183          * to cpu_heavy_switch().  Due to the eflags and switch-restore
184          * function we pushed, the argument is at 12(%esp).  Set the current
185          * thread, load the stack pointer, and 'ret' into the switch-restore
186          * function.
187          *
188          * The switch restore function expects the new thread to be in %eax
189          * and the old one to be in %ebx.
190          *
191          * There is a one-instruction window where curthread is the new
192          * thread but %esp still points to the old thread's stack, but
193          * we are protected by a critical section so it is ok.
194          */
195         movl    12(%esp),%eax           /* EAX = newtd, EBX = oldtd */
196         movl    %eax,PCPU(curthread)
197         movl    TD_SP(%eax),%esp
198         ret
199
200 /*
201  *  cpu_exit_switch()
202  *
203  *      The switch function is changed to this when a thread is going away
204  *      for good.  We have to ensure that the MMU state is not cached, and
205  *      we don't bother saving the existing thread state before switching.
206  *
207  *      At this point we are in a critical section and this cpu owns the
208  *      thread's token, which serves as an interlock until the switchout is
209  *      complete.
210  */
211 ENTRY(cpu_exit_switch)
212         /*
213          * Get us out of the vmspace
214          */
215         movl    IdlePTD,%ecx
216         movl    %cr3,%eax
217         cmpl    %ecx,%eax
218         je      1f
219         movl    %ecx,%cr3
220 1:
221         movl    PCPU(curthread),%ebx
222         /*
223          * Switch to the next thread.  RET into the restore function, which
224          * expects the new thread in EAX and the old in EBX.
225          *
226          * There is a one-instruction window where curthread is the new
227          * thread but %esp still points to the old thread's stack, but
228          * we are protected by a critical section so it is ok.
229          */
230         movl    4(%esp),%eax
231         movl    %eax,PCPU(curthread)
232         movl    TD_SP(%eax),%esp
233         ret
234
235 /*
236  * cpu_heavy_restore()  (current thread in %eax on entry)
237  *
238  *      Restore the thread after an LWKT switch.  This entry is normally
239  *      called via the LWKT switch restore function, which was pulled 
240  *      off the thread stack and jumped to.
241  *
242  *      This entry is only called if the thread was previously saved
243  *      using cpu_heavy_switch() (the heavy weight process thread switcher),
244  *      or when a new process is initially scheduled.  The first thing we
245  *      do is clear the TDF_RUNNING bit in the old thread and set it in the
246  *      new thread.
247  *
248  *      NOTE: The process may be in any state, not necessarily SRUN, because
249  *      a preemption switch may interrupt the process and then return via 
250  *      cpu_heavy_restore.
251  *
252  *      YYY theoretically we do not have to restore everything here, a lot
253  *      of this junk can wait until we return to usermode.  But for now
254  *      we restore everything.
255  *
256  *      YYY the PCB crap is really crap, it makes startup a bitch because
257  *      we can't switch away.
258  *
259  *      YYY note: spl check is done in mi_switch when it splx()'s.
260  */
261
262 ENTRY(cpu_heavy_restore)
263         popfl
264         movl    TD_PCB(%eax),%edx               /* EDX = PCB */
265         movl    TD_PROC(%eax),%ecx
266
267 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
268         incl    _swtch_optim_stats
269 #endif
270         /*
271          * Tell the pmap that our cpu is using the VMSPACE now.  We cannot
272          * safely test/reload %cr3 until after we have set the bit in the
273          * pmap (remember, we do not hold the MP lock in the switch code).
274          */
275         movl    P_VMSPACE(%ecx), %ecx           /* ECX = vmspace */
276         movl    PCPU(cpuid), %esi
277         MPLOCKED btsl   %esi, VM_PMAP+PM_ACTIVE(%ecx)
278
279         /*
280          * Restore the MMU address space.  If it is the same as the last
281          * thread we don't have to invalidate the tlb (i.e. reload cr3).
282          * YYY which naturally also means that the PM_ACTIVE bit had better
283          * already have been set before we set it above, check? YYY
284          */
285         movl    %cr3,%esi
286         movl    PCB_CR3(%edx),%ecx
287         cmpl    %esi,%ecx
288         je      4f
289 #if defined(SWTCH_OPTIM_STATS)
290         decl    _swtch_optim_stats
291         incl    _tlb_flush_count
292 #endif
293         movl    %ecx,%cr3
294 4:
295         /*
296          * Clear TDF_RUNNING flag in old thread only after cleaning up
297          * %cr3.  The target thread is already protected by being TDF_RUNQ
298          * so setting TDF_RUNNING isn't as big a deal.
299          */
300         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
301         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
302
303         /*
304          * Deal with the PCB extension, restore the private tss
305          */
306         movl    PCB_EXT(%edx),%edi      /* check for a PCB extension */
307         movl    $1,%ebx                 /* maybe mark use of a private tss */
308         testl   %edi,%edi
309         jnz     2f
310
311         /*
312          * Going back to the common_tss.  We may need to update TSS_ESP0
313          * which sets the top of the supervisor stack when entering from
314          * usermode.  The PCB is at the top of the stack but we need another
315          * 16 bytes to take vm86 into account.
316          */
317         leal    -16(%edx),%ebx
318         movl    %ebx, PCPU(common_tss) + TSS_ESP0
319
320         cmpl    $0,PCPU(private_tss)    /* don't have to reload if      */
321         je      3f                      /* already using the common TSS */
322
323         subl    %ebx,%ebx               /* unmark use of private tss */
324
325         /*
326          * Get the address of the common TSS descriptor for the ltr.
327          * There is no way to get the address of a segment-accessed variable
328          * so we store a self-referential pointer at the base of the per-cpu
329          * data area and add the appropriate offset.
330          */
331         movl    $gd_common_tssd, %edi
332         addl    %fs:0, %edi
333
334         /*
335          * Move the correct TSS descriptor into the GDT slot, then reload
336          * ltr.
337          */
338 2:
339         movl    %ebx,PCPU(private_tss)          /* mark/unmark private tss */
340         movl    PCPU(tss_gdt), %ebx             /* entry in GDT */
341         movl    0(%edi), %eax
342         movl    %eax, 0(%ebx)
343         movl    4(%edi), %eax
344         movl    %eax, 4(%ebx)
345         movl    $GPROC0_SEL*8, %esi             /* GSEL(entry, SEL_KPL) */
346         ltr     %si
347
348 3:
349         /*
350          * Restore general registers.
351          */
352         movl    PCB_EBX(%edx),%ebx
353         movl    PCB_ESP(%edx),%esp
354         movl    PCB_EBP(%edx),%ebp
355         movl    PCB_ESI(%edx),%esi
356         movl    PCB_EDI(%edx),%edi
357         movl    PCB_EIP(%edx),%eax
358         movl    %eax,(%esp)
359
360         /*
361          * Restore the user LDT if we have one
362          */
363         cmpl    $0, PCB_USERLDT(%edx)
364         jnz     1f
365         movl    _default_ldt,%eax
366         cmpl    PCPU(currentldt),%eax
367         je      2f
368         lldt    _default_ldt
369         movl    %eax,PCPU(currentldt)
370         jmp     2f
371 1:      pushl   %edx
372         call    set_user_ldt
373         popl    %edx
374 2:
375         /*
376          * Restore the user TLS if we have one
377          */
378         pushl   %edx
379         call    set_user_TLS
380         popl    %edx
381         /*
382          * Restore the %gs segment register, which must be done after
383          * loading the user LDT.  Since user processes can modify the
384          * register via procfs, this may result in a fault which is
385          * detected by checking the fault address against cpu_switch_load_gs
386          * in i386/i386/trap.c
387          */
388         .globl  cpu_switch_load_gs
389 cpu_switch_load_gs:
390         movl    PCB_GS(%edx),%gs
391
392         /*
393          * Restore the DEBUG register state if necessary.
394          */
395         movb    PCB_FLAGS(%edx),%al
396         andb    $PCB_DBREGS,%al
397         jz      1f                              /* no, skip over */
398         movl    PCB_DR6(%edx),%eax              /* yes, do the restore */
399         movl    %eax,%dr6
400         movl    PCB_DR3(%edx),%eax
401         movl    %eax,%dr3
402         movl    PCB_DR2(%edx),%eax
403         movl    %eax,%dr2
404         movl    PCB_DR1(%edx),%eax
405         movl    %eax,%dr1
406         movl    PCB_DR0(%edx),%eax
407         movl    %eax,%dr0
408         movl    %dr7,%eax                /* load dr7 so as not to disturb */
409         andl    $0x0000fc00,%eax         /*   reserved bits               */
410         pushl   %ebx
411         movl    PCB_DR7(%edx),%ebx
412         andl    $~0x0000fc00,%ebx
413         orl     %ebx,%eax
414         popl    %ebx
415         movl    %eax,%dr7
416 1:
417
418         ret
419
420 /*
421  * savectx(pcb)
422  *
423  * Update pcb, saving current processor state.
424  */
425 ENTRY(savectx)
426         /* fetch PCB */
427         movl    4(%esp),%ecx
428
429         /* caller's return address - child won't execute this routine */
430         movl    (%esp),%eax
431         movl    %eax,PCB_EIP(%ecx)
432         movl    %ebx,PCB_EBX(%ecx)
433         movl    %esp,PCB_ESP(%ecx)
434         movl    %ebp,PCB_EBP(%ecx)
435         movl    %esi,PCB_ESI(%ecx)
436         movl    %edi,PCB_EDI(%ecx)
437         movl    %gs,PCB_GS(%ecx)
438
439 #if NNPX > 0
440         /*
441          * If npxthread == NULL, then the npx h/w state is irrelevant and the
442          * state had better already be in the pcb.  This is true for forks
443          * but not for dumps (the old book-keeping with FP flags in the pcb
444          * always lost for dumps because the dump pcb has 0 flags).
445          *
446          * If npxthread != NULL, then we have to save the npx h/w state to
447          * npxthread's pcb and copy it to the requested pcb, or save to the
448          * requested pcb and reload.  Copying is easier because we would
449          * have to handle h/w bugs for reloading.  We used to lose the
450          * parent's npx state for forks by forgetting to reload.
451          */
452         movl    PCPU(npxthread),%eax
453         testl   %eax,%eax
454         je      1f
455
456         pushl   %ecx                    /* target pcb */
457         movl    TD_SAVEFPU(%eax),%eax   /* originating savefpu area */
458         pushl   %eax
459
460         pushl   %eax
461         call    npxsave
462         addl    $4,%esp
463
464         popl    %eax
465         popl    %ecx
466
467         pushl   $PCB_SAVEFPU_SIZE
468         leal    PCB_SAVEFPU(%ecx),%ecx
469         pushl   %ecx
470         pushl   %eax
471         call    bcopy
472         addl    $12,%esp
473 #endif  /* NNPX > 0 */
474
475 1:
476         ret
477
478 /*
479  * cpu_idle_restore()   (current thread in %eax on entry) (one-time execution)
480  *
481  *      Don't bother setting up any regs other then %ebp so backtraces
482  *      don't die.  This restore function is used to bootstrap into the
483  *      cpu_idle() LWKT only, after that cpu_lwkt_*() will be used for
484  *      switching.
485  *
486  *      Clear TDF_RUNNING in old thread only after we've cleaned up %cr3.
487  *
488  *      If we are an AP we have to call ap_init() before jumping to
489  *      cpu_idle().  ap_init() will synchronize with the BP and finish
490  *      setting up various ncpu-dependant globaldata fields.  This may
491  *      happen on UP as well as SMP if we happen to be simulating multiple
492  *      cpus.
493  */
494 ENTRY(cpu_idle_restore)
495         /* cli */
496         movl    $0,%ebp
497         pushl   $0
498         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
499         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
500 #ifdef SMP
501         cmpl    $0,PCPU(cpuid)
502         je      1f
503         call    ap_init
504 1:
505 #endif
506         /* sti */
507         jmp     cpu_idle
508
509 /*
510  * cpu_kthread_restore() (current thread is %eax on entry) (one-time execution)
511  *
512  *      Don't bother setting up any regs other then %ebp so backtraces
513  *      don't die.  This restore function is used to bootstrap into an
514  *      LWKT based kernel thread only.  cpu_lwkt_switch() will be used
515  *      after this.
516  *
517  *      Since all of our context is on the stack we are reentrant and
518  *      we can release our critical section and enable interrupts early.
519  */
520 ENTRY(cpu_kthread_restore)
521         /*sti*/
522         movl    TD_PCB(%eax),%edx
523         movl    $0,%ebp
524         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
525         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
526         subl    $TDPRI_CRIT,TD_PRI(%eax)
527         popl    %eax            /* kthread exit function */
528         pushl   PCB_EBX(%edx)   /* argument to ESI function */
529         pushl   %eax            /* set exit func as return address */
530         movl    PCB_ESI(%edx),%eax
531         jmp     *%eax
532
533 /*
534  * cpu_lwkt_switch()
535  *
536  *      Standard LWKT switching function.  Only non-scratch registers are
537  *      saved and we don't bother with the MMU state or anything else.
538  *
539  *      This function is always called while in a critical section.
540  *
541  *      There is a one-instruction window where curthread is the new
542  *      thread but %esp still points to the old thread's stack, but
543  *      we are protected by a critical section so it is ok.
544  *
545  *      YYY BGL, SPL
546  */
547 ENTRY(cpu_lwkt_switch)
548         pushl   %ebp    /* note: GDB hacked to locate ebp relative to td_sp */
549         pushl   %ebx
550         movl    PCPU(curthread),%ebx
551         pushl   %esi
552         pushl   %edi
553         pushfl
554         /* warning: adjust movl into %eax below if you change the pushes */
555
556 #if NNPX > 0
557         /*
558          * Save the FP state if we have used the FP.  Note that calling
559          * npxsave will NULL out PCPU(npxthread).
560          *
561          * We have to deal with the FP state for LWKT threads in case they
562          * happen to get preempted or block while doing an optimized
563          * bzero/bcopy/memcpy.
564          */
565         cmpl    %ebx,PCPU(npxthread)
566         jne     1f
567         pushl   TD_SAVEFPU(%ebx)
568         call    npxsave                 /* do it in a big C function */
569         addl    $4,%esp                 /* EAX, ECX, EDX trashed */
570 1:
571 #endif  /* NNPX > 0 */
572
573         movl    4+20(%esp),%eax         /* switch to this thread */
574         pushl   $cpu_lwkt_restore
575         movl    %esp,TD_SP(%ebx)
576         movl    %eax,PCPU(curthread)
577         movl    TD_SP(%eax),%esp
578
579         /*
580          * eax contains new thread, ebx contains old thread.
581          */
582         ret
583
584 /*
585  * cpu_lwkt_restore()   (current thread in %eax on entry)
586  *
587  *      Standard LWKT restore function.  This function is always called
588  *      while in a critical section.
589  *      
590  *      Warning: due to preemption the restore function can be used to 
591  *      'return' to the original thread.  Interrupt disablement must be
592  *      protected through the switch so we cannot run splz here.
593  */
594 ENTRY(cpu_lwkt_restore)
595         andl    $~TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%ebx)
596         orl     $TDF_RUNNING,TD_FLAGS(%eax)
597         popfl
598         popl    %edi
599         popl    %esi
600         popl    %ebx
601         popl    %ebp
602         ret
603