sys/platform/pc64/x86_64/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  * Copyright (c) 2008 The DragonFly Project.
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   9  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
  10  * Science Department, and William Jolitz.
  11  *
  12  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  13  * modification, are permitted provided that the following conditions
  14  * are met:
  15  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  17  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  18  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  19  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  20  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  21  *    must display the following acknowledgement:
  22  *      This product includes software developed by the University of
  23  *      California, Berkeley and its contributors.
  24  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  25  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  26  *    without specific prior written permission.
  27  *
  28  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  29  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  30  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  31  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  32  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  33  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  34  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  35  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  36  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  37  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  38  * SUCH DAMAGE.
  39  *
  40  *      from: @(#)vm_machdep.c  7.3 (Berkeley) 5/13/91
  41  *      Utah $Hdr: vm_machdep.c 1.16.1.1 89/06/23$
  42  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/vm_machdep.c,v 1.132.2.9 2003/01/25 19:02:23 dillon Exp $
  43  */
  44
  45 #include <sys/param.h>
  46 #include <sys/systm.h>
  47 #include <sys/malloc.h>
  48 #include <sys/proc.h>
  49 #include <sys/buf.h>
  50 #include <sys/interrupt.h>
  51 #include <sys/vnode.h>
  52 #include <sys/vmmeter.h>
  53 #include <sys/kernel.h>
  54 #include <sys/sysctl.h>
  55 #include <sys/unistd.h>
  56
  57 #include <machine/clock.h>
  58 #include <machine/cpu.h>
  59 #include <machine/md_var.h>
  60 #include <machine/smp.h>
  61 #include <machine/pcb.h>
  62 #include <machine/pcb_ext.h>
  63 #include <machine/segments.h>
  64 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
  65
  66 #include <vm/vm.h>
  67 #include <vm/vm_param.h>
  68 #include <sys/lock.h>
  69 #include <vm/vm_kern.h>
  70 #include <vm/vm_page.h>
  71 #include <vm/vm_map.h>
  72 #include <vm/vm_extern.h>
  73
  74 #include <sys/thread2.h>
  75 #include <sys/mplock2.h>
  76
  77 #include <bus/isa/isa.h>
  78
  79 static void     cpu_reset_real (void);
  80 /*
  81  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
  82  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
  83  * ready to run and return to user mode.
  84  */
  85 void
  86 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
  87 {
  88         struct pcb *pcb2;
  89
  90         if ((flags & RFPROC) == 0) {
  91                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
  92                         /* unshare user LDT */
  93                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
  94                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
  95                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
  96                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
  97                                 user_ldt_free(pcb1);
  98                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
  99                                 set_user_ldt(pcb1);
 100                         }
 101                 }
 102                 return;
 103         }
 104
 105         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
 106         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
 107                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
 108
 109         /*
 110          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
 111          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
 112          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
 113          * the register state may not be current.
 114          */
 115         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
 116         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
 117
 118         /*
 119          * Create a new fresh stack for the new process.
 120          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 121          * syscall.  This copies the user mode register values.
 122          *
 123          * pcb_rsp must allocate an additional call-return pointer below
 124          * the trap frame which will be restored by cpu_heavy_restore from
 125          * PCB_RIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
 126          * additonal two quadwords below the pcb_rsp call-return pointer to
 127          * hold the LWKT restore function pointer and rflags.
 128          *
 129          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_heavy_restore,
 130          * which is our standard heavy-weight process switch-in function.
 131          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 132          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 133          * all the extra crap we are setting up.
 134          */
 135         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)pcb2 - 1;
 136         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
 137
 138         /*
 139          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 140          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 141          */
 142         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pml4);
 143         pcb2->pcb_cr3 |= PG_RW | PG_U | PG_V;
 144         pcb2->pcb_rbx = (unsigned long)fork_return;     /* fork_trampoline argument */
 145         pcb2->pcb_rbp = 0;
 146         pcb2->pcb_rsp = (unsigned long)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
 147         pcb2->pcb_r12 = (unsigned long)lp2;             /* fork_trampoline argument */
 148         pcb2->pcb_r13 = 0;
 149         pcb2->pcb_r14 = 0;
 150         pcb2->pcb_r15 = 0;
 151         pcb2->pcb_rip = (unsigned long)fork_trampoline;
 152         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_rsp - sizeof(void *));
 153         *(u_int64_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
 154         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
 155         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
 156
 157         /*
 158          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 159          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 160          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 161          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here).
 162          * pcb2->pcb_onfault_sp:cloned above (dont care)
 163          */
 164
 165         /*
 166          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 167          */
 168         pcb2->pcb_ext = NULL;
 169
 170         /* Copy the LDT, if necessary. */
 171         if (pcb2->pcb_ldt != NULL) {
 172                 if (flags & RFMEM) {
 173                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 174                 } else {
 175                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 176                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 177                 }
 178         }
 179         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
 180               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
 181         /*
 182          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
 183          * pcb_rsp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 184          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 185          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 186          * %rbx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
 187          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
 188          * the return to user-mode.
 189          */
 190 }
 191
 192 /*
 193  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
 194  */
 195 int
 196 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
 197 {
 198         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
 199         void *bad_return = NULL;
 200         int error;
 201
 202         regs->tf_rip = (long)params->func;
 203         regs->tf_rsp = (long)params->stack;
 204         /* Set up argument for function call */
 205         regs->tf_rdi = (long)params->arg;
 206
 207         /*
 208          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
 209          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
 210          * a SIGSEGV if it returns anyways.
 211          */
 212         regs->tf_rsp -= sizeof(void *);
 213         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_rsp, sizeof(bad_return));
 214         if (error)
 215                 return (error);
 216
 217         cpu_set_fork_handler(lp,
 218             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
 219         return (0);
 220 }
 221
 222 /*
 223  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 224  * been scheduled yet.
 225  *
 226  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 227  */
 228 void
 229 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
 230                      void *arg)
 231 {
 232         /*
 233          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 234          * is really called like this:  func(arg, frame);
 235          */
 236         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;   /* function */
 237         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;    /* first arg */
 238 }
 239
 240 void
 241 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 242 {
 243         td->td_pcb->pcb_rbx = (long)func;
 244         td->td_pcb->pcb_r12 = (long)arg;
 245         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 246         td->td_sp -= sizeof(void *);
 247         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 248         td->td_sp -= sizeof(void *);
 249         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 250 }
 251
 252 void
 253 cpu_lwp_exit(void)
 254 {
 255         struct thread *td = curthread;
 256         struct pcb *pcb;
 257
 258         pcb = td->td_pcb;
 259
 260         /* Some i386 functionality was dropped */
 261         KKASSERT(pcb->pcb_ext == NULL);
 262
 263         /*
 264          * disable all hardware breakpoints
 265          */
 266         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 267                 reset_dbregs();
 268                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 269         }
 270         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
 271
 272         crit_enter_quick(td);
 273         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
 274                 tsleep_remove(td);
 275         lwkt_deschedule_self(td);
 276         lwkt_remove_tdallq(td);
 277         cpu_thread_exit();
 278 }
 279
 280 /*
 281  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
 282  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
 283  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
 284  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
 285  * out the stack.
 286  *
 287  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
 288  */
 289 void
 290 cpu_thread_exit(void)
 291 {
 292         npxexit();
 293         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 294         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
 295         lwkt_switch();
 296         panic("cpu_thread_exit: lwkt_switch() unexpectedly returned");
 297 }
 298
 299 void
 300 cpu_reset(void)
 301 {
 302         cpu_reset_real();
 303 }
 304
 305 static void
 306 cpu_reset_real(void)
 307 {
 308         /*
 309          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 310          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 311          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 312          */
 313
 314 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 315         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 316         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 317         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 318         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
 319 #endif
 320 #if JG
 321         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 322         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 323 #endif
 324
 325         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 326         cpu_invltlb();
 327         /* NOTREACHED */
 328         while(1);
 329 }
 330
 331 /*
 332  * Convert kernel VA to physical address
 333  */
 334 vm_paddr_t
 335 kvtop(void *addr)
 336 {
 337         vm_paddr_t pa;
 338
 339         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 340         if (pa == 0)
 341                 panic("kvtop: zero page frame");
 342         return (pa);
 343 }
 344
 345 static void
 346 swi_vm(void *arg, void *frame)
 347 {
 348         if (busdma_swi_pending != 0)
 349                 busdma_swi();
 350 }
 351
 352 static void
 353 swi_vm_setup(void *arg)
 354 {
 355         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL, 0);
 356 }
 357
 358 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
 359
 360 /*
 361  * platform-specific vmspace initialization (nothing for x86_64)
 362  */
 363 void
 364 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
 365 {
 366 }
 367
 368 void
 369 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
 370 {
 371 }
 372
 373 int
 374 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
 375 {
 376         vm_offset_t addr;
 377
 378         if (saddr < KvaStart)
 379                 return EFAULT;
 380         if (eaddr >= KvaEnd)
 381                 return EFAULT;
 382         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
 383                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
 384                         return EFAULT;
 385         }
 386         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
 387                 return EFAULT;
 388         return 0;
 389 }
 390
 391 #if 0
 392
 393 void _test_frame_enter(struct trapframe *frame);
 394 void _test_frame_exit(struct trapframe *frame);
 395
 396 void
 397 _test_frame_enter(struct trapframe *frame)
 398 {
 399         thread_t td = curthread;
 400
 401         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
 402                 KKASSERT(td->td_lwp);
 403                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
 404                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
 405                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
 406             td->td_lwp->lwp_saveusp = (void *)frame->tf_rsp;
 407             td->td_lwp->lwp_saveupc = (void *)frame->tf_rip;
 408         }
 409         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
 410             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
 411                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p",
 412                         frame, td->td_kstack);
 413         }
 414 }
 415
 416 void
 417 _test_frame_exit(struct trapframe *frame)
 418 {
 419         thread_t td = curthread;
 420
 421         if (ISPL(frame->tf_cs) == SEL_UPL) {
 422                 KKASSERT(td->td_lwp);
 423                 KASSERT(td->td_lwp->lwp_md.md_regs == frame,
 424                         ("_test_frame_exit: Frame mismatch %p %p",
 425                         td->td_lwp->lwp_md.md_regs, frame));
 426                 if (td->td_lwp->lwp_saveusp != (void *)frame->tf_rsp) {
 427                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d usp mismatch %p/%p\n",
 428                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
 429                                 td->td_lwp->lwp_saveusp,
 430                                 (void *)frame->tf_rsp);
 431                 }
 432                 if (td->td_lwp->lwp_saveupc != (void *)frame->tf_rip) {
 433                         kprintf("_test_frame_exit: %s:%d upc mismatch %p/%p\n",
 434                                 td->td_comm, td->td_proc->p_pid,
 435                                 td->td_lwp->lwp_saveupc,
 436                                 (void *)frame->tf_rip);
 437                 }
 438
 439                 /*
 440                  * adulterate the fields to catch entries that
 441                  * don't run through test_frame_enter
 442                  */
 443                 td->td_lwp->lwp_saveusp =
 444                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveusp;
 445                 td->td_lwp->lwp_saveupc =
 446                         (void *)~(intptr_t)td->td_lwp->lwp_saveupc;
 447         }
 448         if ((char *)frame < td->td_kstack ||
 449             (char *)frame > td->td_kstack + td->td_kstack_size) {
 450                 panic("_test_frame_exit: frame not on kstack %p kstack=%p",
 451                         frame, td->td_kstack);
 452         }
 453 }
 454
 455 #endif