sys/platform/vkernel/i386/mp.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2007 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
  35
  36 #include <sys/interrupt.h>
  37 #include <sys/kernel.h>
  38 #include <sys/memrange.h>
  39 #include <sys/tls.h>
  40 #include <sys/types.h>
  41
  42 #include <vm/vm_extern.h>
  43 #include <vm/vm_kern.h>
  44 #include <vm/vm_object.h>
  45 #include <vm/vm_page.h>
  46
  47 #include <sys/mplock2.h>
  48
  49 #include <machine/cpu.h>
  50 #include <machine/cpufunc.h>
  51 #include <machine/globaldata.h>
  52 #include <machine/md_var.h>
  53 #include <machine/pmap.h>
  54 #include <machine/smp.h>
  55 #include <machine/tls.h>
  56
  57 #include <unistd.h>
  58 #include <pthread.h>
  59 #include <signal.h>
  60 #include <stdio.h>
  61
  62 extern pt_entry_t *KPTphys;
  63
  64 volatile cpumask_t      stopped_cpus;
  65 cpumask_t       smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
  66 static int      boot_address;
  67 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
  68 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
  69 static int  mp_finish;
  70
  71 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
  72 static int core_bits = 0;
  73 static int logical_CPU_bits = 0;
  74
  75 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
  76 void bootstrap_idle(void);
  77 void single_cpu_ipi(int, int, int);
  78 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
  79 #if 0
  80 void ipi_handler(int);
  81 #endif
  82
  83 pt_entry_t *SMPpt;
  84
  85 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  86 char *bootSTK;
  87 static int bootAP;
  88
  89
  90 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
  91 static int start_all_aps(u_int);
  92 void init_secondary(void);
  93 void *start_ap(void *);
  94
  95 /*
  96  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
  97  */
  98 static
  99 void
 100 ap_finish(void)
 101 {
 102         mp_finish = 1;
 103         if (bootverbose)
 104                 kprintf("Finish MP startup\n");
 105
 106         /* build our map of 'other' CPUs */
 107         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 108         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 109
 110         /*
 111          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 112          * of 'other' CPUs.
 113          */
 114         rel_mplock();
 115         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask, smp_startup_mask)) {
 116                 DELAY(100000);
 117                 cpu_lfence();
 118         }
 119
 120         while (try_mplock() == 0)
 121                 DELAY(100000);
 122         if (bootverbose)
 123                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
 124 }
 125
 126 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
 127
 128
 129 void *
 130 start_ap(void *arg __unused)
 131 {
 132         init_secondary();
 133         setrealcpu();
 134         bootstrap_idle();
 135
 136         return(NULL); /* NOTREACHED */
 137 }
 138
 139 /* storage for AP thread IDs */
 140 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 141
 142 void
 143 mp_start(void)
 144 {
 145         int shift;
 146         size_t ipiq_size;
 147
 148         ncpus = optcpus;
 149
 150         mp_naps = ncpus - 1;
 151
 152         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
 153         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 154                 ;
 155         --shift;
 156         ncpus2_shift = shift;
 157         ncpus2 = 1 << shift;
 158         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
 159
 160         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 161         if ((1 << shift) < ncpus)
 162                 ++shift;
 163         ncpus_fit = 1 << shift;
 164         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 165
 166         /*
 167          * cpu0 initialization
 168          */
 169         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
 170         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size);
 171         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
 172
 173         /*
 174          * cpu 1-(n-1)
 175          */
 176         start_all_aps(boot_address);
 177
 178 }
 179
 180 void
 181 mp_announce(void)
 182 {
 183         int x;
 184
 185         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 186         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 187
 188         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
 189                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 190 }
 191
 192 void
 193 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 194 {
 195         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
 196                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 197                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 198         }
 199 #if 0
 200         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 201 #endif
 202 }
 203
 204 void
 205 smp_invltlb(void)
 206 {
 207 }
 208
 209 void
 210 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 211 {
 212         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 213 }
 214
 215 void
 216 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 217 {
 218         crit_enter();
 219         while (CPUMASK_TESTNZERO(target)) {
 220                 int n = BSFCPUMASK(target);
 221                 CPUMASK_NANDBIT(target, n);
 222                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 223         }
 224         crit_exit();
 225 }
 226
 227 int
 228 stop_cpus(cpumask_t map)
 229 {
 230         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 231
 232         crit_enter();
 233         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 234                 int n = BSFCPUMASK(map);
 235                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 236                 ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(stopped_cpus, n);
 237                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 238                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 239         }
 240         crit_exit();
 241 #if 0
 242         panic("XXX stop_cpus()");
 243 #endif
 244
 245         return(1);
 246 }
 247
 248 int
 249 restart_cpus(cpumask_t map)
 250 {
 251         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 252
 253         crit_enter();
 254         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 255                 int n = BSFCPUMASK(map);
 256                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 257                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(stopped_cpus, n);
 258                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 259                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 260         }
 261         crit_exit();
 262 #if 0
 263         panic("XXX restart_cpus()");
 264 #endif
 265
 266         return(1);
 267 }
 268
 269 void
 270 ap_init(void)
 271 {
 272         /*
 273          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 274          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 275          * is waiting for our signal.
 276          *
 277          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 278          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 279          * trying to send us an IPI.
 280          */
 281         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
 282         cpu_mfence();
 283
 284         /*
 285          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 286          * then get the MP lock.
 287          *
 288          * Note: We are in a critical section.
 289          *
 290          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 291          *
 292          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 293          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 294          * caching it.
 295          */
 296
 297         while (mp_finish == 0) {
 298                 cpu_lfence();
 299                 DELAY(500000);
 300         }
 301         while (try_mplock() == 0)
 302                 DELAY(100000);
 303
 304         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 305         cpu_invltlb();
 306
 307         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 308         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 309         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 310
 311         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 312
 313
 314         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 315         mem_range_AP_init();
 316         /*
 317          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 318          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 319          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 320          * message interlock could be left set which would also prevent
 321          * further IPIs.
 322          *
 323          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 324          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 325          * because we returning almost directly into the idle loop.
 326          *
 327          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 328          * nothing we've done put it there.
 329          */
 330         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
 331         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
 332
 333         mdcpu->gd_fpending = 0;
 334         mdcpu->gd_ipending = 0;
 335         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 336         lwkt_process_ipiq();
 337
 338         /*
 339          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 340          */
 341         rel_mplock();
 342         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 343 }
 344
 345 void
 346 init_secondary(void)
 347 {
 348         int     myid = bootAP;
 349         struct mdglobaldata *md;
 350         struct privatespace *ps;
 351
 352         ps = &CPU_prvspace[myid];
 353
 354         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 355
 356         /*
 357          * Setup the %fs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 358          * point.  Note that %gs is used by pthreads.
 359          */
 360         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 361
 362         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 363
 364         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
 365         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 366         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 367
 368         /*
 369          * Set to a known state:
 370          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 371          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 372          */
 373 }
 374
 375 static int
 376 start_all_aps(u_int boot_addr)
 377 {
 378         int x, i;
 379         struct mdglobaldata *gd;
 380         struct privatespace *ps;
 381         vm_page_t m;
 382         vm_offset_t va;
 383         size_t ipiq_size;
 384 #if 0
 385         struct lwp_params params;
 386 #endif
 387
 388         /*
 389          * needed for ipis to initial thread
 390          * FIXME: rename ap_tids?
 391          */
 392         ap_tids[0] = pthread_self();
 393
 394         vm_object_hold(&kernel_object);
 395         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
 396         {
 397                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 398                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 399                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 400                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 401                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 402                 }
 403
 404                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 405                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 406                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 407                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 408                 }
 409
 410                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 411                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 412                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 413
 414                 /* prime data page for it to use */
 415                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 416                 cpu_gdinit(gd, x);
 417
 418 #if 0
 419                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 420                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 421                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 422                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 423                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 424                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 425                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 426                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 427 #endif
 428
 429                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1);
 430                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size);
 431                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
 432
 433                 /*
 434                  * Setup the AP boot stack
 435                  */
 436                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 437                 bootAP = x;
 438
 439                 /*
 440                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 441                  *
 442                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 443                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 444                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 445                  * have already been enabled.
 446                  */
 447                 cpu_disable_intr();
 448                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
 449                 cpu_enable_intr();
 450
 451                 while (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, x) == 0) {
 452                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 453                         DELAY(1000);
 454                 }
 455         }
 456         vm_object_drop(&kernel_object);
 457
 458         return(ncpus - 1);
 459 }
 460
 461 /*
 462  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
 463  */
 464
 465 void
 466 detect_cpu_topology(void)
 467 {
 468         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
 469         core_bits = vkernel_B_arg;
 470 }
 471
 472 int
 473 get_chip_ID(int cpuid)
 474 {
 475         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
 476             (logical_CPU_bits + core_bits);
 477 }
 478
 479 int
 480 get_core_number_within_chip(int cpuid)
 481 {
 482         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
 483             ( (1 << core_bits) -1);
 484 }
 485
 486 int
 487 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
 488 {
 489         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
 490             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
 491 }