c571c2abec673241ce8dc3d2025122ed3e4438e4
[dragonfly.git] / sys / platform / vkernel64 / x86_64 / 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 #include <sys/cpumask.h>
36 #include <sys/interrupt.h>
37 #include <sys/kernel.h>
38 #include <sys/malloc.h>
39 #include <sys/memrange.h>
40 #include <sys/tls.h>
41 #include <sys/types.h>
42
43 #include <vm/vm_extern.h>
44 #include <vm/vm_kern.h>
45 #include <vm/vm_object.h>
46 #include <vm/vm_page.h>
47
48 #include <sys/mplock2.h>
49 #include <sys/thread2.h>
50
51 #include <machine/cpu.h>
52 #include <machine/cpufunc.h>
53 #include <machine/globaldata.h>
54 #include <machine/md_var.h>
55 #include <machine/pmap.h>
56 #include <machine/smp.h>
57 #include <machine/tls.h>
58 #include <machine/param.h>
59
60 #include <unistd.h>
61 #include <pthread.h>
62 #include <signal.h>
63 #include <stdio.h>
64
65 extern pt_entry_t *KPTphys;
66
67 volatile cpumask_t stopped_cpus;
68 /* which cpus are ready for IPIs etc? */
69 cpumask_t       smp_active_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
70 static int      boot_address;
71 /* which cpus have been started */
72 static cpumask_t smp_startup_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
73 static int  mp_finish;
74
75 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
76 static int core_bits = 0;
77 static int logical_CPU_bits = 0;
78
79 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
80 void bootstrap_idle(void);
81 void single_cpu_ipi(int, int, int);
82 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
83 #if 0
84 void ipi_handler(int);
85 #endif
86
87 pt_entry_t *SMPpt;
88
89 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
90 char *bootSTK;
91 static int bootAP;
92
93
94 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
95 static int start_all_aps(u_int);
96 void init_secondary(void);
97 void *start_ap(void *);
98
99 /*
100  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
101  */
102 static
103 void
104 ap_finish(void)
105 {
106         mp_finish = 1;
107         if (bootverbose)
108                 kprintf("Finish MP startup\n");
109
110         /* build our map of 'other' CPUs */
111         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
112         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
113
114         /*
115          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
116          * of 'other' CPUs.
117          */
118         rel_mplock();
119         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask,smp_startup_mask)) {
120                 DELAY(100000);
121                 cpu_lfence();
122         }
123
124         while (try_mplock() == 0)
125                 DELAY(100000);
126         if (bootverbose)
127                 kprintf("Active CPU Mask: %08lx\n",
128                         (long)CPUMASK_LOWMASK(smp_active_mask));
129 }
130
131 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
132
133 void *
134 start_ap(void *arg __unused)
135 {
136         init_secondary();
137         setrealcpu();
138         bootstrap_idle();
139
140         return(NULL); /* NOTREACHED */
141 }
142
143 /* storage for AP thread IDs */
144 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
145
146 int naps;
147
148 void
149 mp_start(void)
150 {
151         size_t ipiq_size;
152         int shift;
153
154         ncpus = optcpus;
155         naps = ncpus - 1;
156
157         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
158                 ;
159         --shift;
160
161         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
162         if ((1 << shift) < ncpus)
163                 ++shift;
164         ncpus_fit = 1 << shift;
165         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
166
167         malloc_reinit_ncpus();
168
169         /*
170          * cpu0 initialization
171          */
172         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
173         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(kernel_map, ipiq_size,
174                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
175         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
176
177         /* initialize arc4random. */
178         arc4_init_pcpu(0);
179
180         /*
181          * cpu 1-(n-1)
182          */
183         start_all_aps(boot_address);
184
185 }
186
187 void
188 mp_announce(void)
189 {
190         int x;
191
192         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
193         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
194
195         for (x = 1; x <= naps; ++x)
196                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
197 }
198
199 void
200 cpu_send_ipiq(int dcpu)
201 {
202         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
203                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
204                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
205         }
206 #if 0
207         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
208 #endif
209 }
210
211 void
212 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
213 {
214         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
215 }
216
217 void
218 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
219 {
220         crit_enter();
221         while (CPUMASK_TESTNZERO(target)) {
222                 int n = BSFCPUMASK(target);
223                 CPUMASK_NANDBIT(target, n);
224                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
225         }
226         crit_exit();
227 }
228
229 int
230 stop_cpus(cpumask_t map)
231 {
232         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
233
234         crit_enter();
235         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
236                 int n = BSFCPUMASK(map);
237                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
238                 ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(stopped_cpus, n);
239                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
240                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
241         }
242         crit_exit();
243 #if 0
244         panic("XXX stop_cpus()");
245 #endif
246
247         return(1);
248 }
249
250 int
251 restart_cpus(cpumask_t map)
252 {
253         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
254
255         crit_enter();
256         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
257                 int n = BSFCPUMASK(map);
258                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
259                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(stopped_cpus, n);
260                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
261                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
262         }
263         crit_exit();
264 #if 0
265         panic("XXX restart_cpus()");
266 #endif
267
268         return(1);
269 }
270 void
271 ap_init(void)
272 {
273         /*
274          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
275          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
276          * is waiting for our signal.
277          *
278          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
279          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
280          * trying to send us an IPI.
281          */
282         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
283         cpu_mfence();
284
285         /*
286          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
287          * then get the MP lock.
288          *
289          * Note: We are in a critical section.
290          *
291          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
292          *
293          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
294          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
295          * caching it.
296          */
297
298         while (mp_finish == 0) {
299                 cpu_lfence();
300                 DELAY(500000);
301         }
302         while (try_mplock() == 0)
303                 DELAY(100000);
304
305         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
306         cpu_invltlb();
307
308         /* Build our map of 'other' CPUs. */
309         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
310         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
311
312         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
313
314
315         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
316         mem_range_AP_init();
317         /*
318          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
319          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
320          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
321          * message interlock could be left set which would also prevent
322          * further IPIs.
323          *
324          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
325          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
326          * because we returning almost directly into the idle loop.
327          *
328          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
329          * nothing we've done put it there.
330          */
331         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
332         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
333
334         mdcpu->gd_fpending = 0;
335         mdcpu->gd_ipending = 0;
336         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
337
338         /*
339          * Since we may have cleaned up the interrupt triggers, manually
340          * process any pending IPIs before exiting our critical section.
341          * Once the critical section has exited, normal interrupt processing
342          * may occur.
343          */
344         atomic_swap_int(&mycpu->gd_npoll, 0);
345         lwkt_process_ipiq();
346
347         /*
348          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
349          */
350         rel_mplock();
351         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
352 }
353
354 void
355 init_secondary(void)
356 {
357         int     myid = bootAP;
358         struct mdglobaldata *md;
359         struct privatespace *ps;
360
361         ps = &CPU_prvspace[myid];
362
363         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
364
365         /*
366          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
367          * point.  Note that %fs is used by pthreads.
368          */
369         tls_set_gs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
370
371         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
372
373         /* JG */
374         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
375         //md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
376         //md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
377
378         /*
379          * Set to a known state:
380          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
381          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
382          */
383 }
384
385 static int
386 start_all_aps(u_int boot_addr)
387 {
388         int x, i;
389         struct mdglobaldata *gd;
390         struct privatespace *ps;
391         vm_page_t m;
392         vm_offset_t va;
393         pthread_attr_t attr;
394         size_t ipiq_size;
395 #if 0
396         struct lwp_params params;
397 #endif
398
399         /*
400          * needed for ipis to initial thread
401          * FIXME: rename ap_tids?
402          */
403         ap_tids[0] = pthread_self();
404         pthread_attr_init(&attr);
405
406         vm_object_hold(kernel_object);
407         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
408                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
409                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
410                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
411                         m = vm_page_alloc(kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
412                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
413                 }
414
415                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
416                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
417                         m = vm_page_alloc(kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
418                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
419                 }
420
421                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
422                 bzero(gd, sizeof(*gd));
423                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
424
425                 /* prime data page for it to use */
426                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
427                 cpu_gdinit(gd, x);
428
429 #if 0
430                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
431                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
432                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
433                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
434                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
435                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
436                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
437                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
438 #endif
439
440                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (naps + 1);
441                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(kernel_map, ipiq_size,
442                                                     VM_SUBSYS_IPIQ);
443                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
444
445                 /* initialize arc4random. */
446                 arc4_init_pcpu(x);
447
448                 /*
449                  * Setup the AP boot stack
450                  */
451                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
452                 bootAP = x;
453
454                 /*
455                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
456                  *
457                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
458                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
459                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
460                  * have already been enabled.
461                  */
462                 cpu_disable_intr();
463
464                 pthread_create(&ap_tids[x], &attr, start_ap, NULL);
465                 cpu_enable_intr();
466
467                 while (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, x) == 0) {
468                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
469                         DELAY(1000);
470                 }
471         }
472         vm_object_drop(kernel_object);
473         pthread_attr_destroy(&attr);
474
475         return(ncpus - 1);
476 }
477
478 /*
479  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
480  */
481 void
482 detect_cpu_topology(void)
483 {
484         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
485         core_bits = vkernel_B_arg;
486 }
487
488 int
489 get_chip_ID(int cpuid)
490 {
491         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
492             (logical_CPU_bits + core_bits);
493 }
494
495 int
496 get_chip_ID_from_APICID(int apicid)
497 {
498         return apicid >> (logical_CPU_bits + core_bits);
499 }
500
501 int
502 get_core_number_within_chip(int cpuid)
503 {
504         return ((get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
505                 ((1 << core_bits) - 1));
506 }
507
508 int
509 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
510 {
511         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
512                 ((1 << logical_CPU_bits) - 1));
513 }