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 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
  72 void bootstrap_idle(void);
  73 void single_cpu_ipi(int, int, int);
  74 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
  75 #if 0
  76 void ipi_handler(int);
  77 #endif
  78
  79 pt_entry_t *SMPpt;
  80
  81 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  82 char *bootSTK;
  83 static int bootAP;
  84
  85
  86 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
  87 static int start_all_aps(u_int);
  88 void init_secondary(void);
  89 void *start_ap(void *);
  90
  91 /*
  92  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
  93  */
  94 static
  95 void
  96 ap_finish(void)
  97 {
  98         int i;
  99         cpumask_t ncpus_mask = 0;
 100
 101         for (i = 1; i <= ncpus; i++)
 102                 ncpus_mask |= CPUMASK(i);
 103
 104         mp_finish = 1;
 105         if (bootverbose)
 106                 kprintf("Finish MP startup\n");
 107
 108         /* build our map of 'other' CPUs */
 109         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 110
 111         /*
 112          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 113          * of 'other' CPUs.
 114          */
 115         rel_mplock();
 116         while (smp_active_mask != smp_startup_mask) {
 117                 DELAY(100000);
 118                 cpu_lfence();
 119         }
 120
 121         while (try_mplock() == 0)
 122                 DELAY(100000);
 123         if (bootverbose)
 124                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
 125 }
 126
 127 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
 128
 129
 130 void *
 131 start_ap(void *arg __unused)
 132 {
 133         init_secondary();
 134         setrealcpu();
 135         bootstrap_idle();
 136
 137         return(NULL); /* NOTREACHED */
 138 }
 139
 140 /* storage for AP thread IDs */
 141 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 142
 143 void
 144 mp_start(void)
 145 {
 146         int shift;
 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         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
 170                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 171         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 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 forward_fastint_remote(void *arg)
 194 {
 195         panic("XXX forward_fastint_remote()");
 196 }
 197
 198 void
 199 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 200 {
 201         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask)
 202                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 203                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 204 #if 0
 205         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 206 #endif
 207 }
 208
 209 void
 210 smp_invltlb(void)
 211 {
 212 #ifdef SMP
 213 #endif
 214 }
 215
 216 void
 217 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 218 {
 219         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 220 }
 221
 222 void
 223 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 224 {
 225         crit_enter();
 226         while (target) {
 227                 int n = BSFCPUMASK(target);
 228                 target &= ~CPUMASK(n);
 229                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 230         }
 231         crit_exit();
 232 }
 233
 234 int
 235 stop_cpus(cpumask_t map)
 236 {
 237         map &= smp_active_mask;
 238
 239         crit_enter();
 240         while (map) {
 241                 int n = BSFCPUMASK(map);
 242                 map &= ~CPUMASK(n);
 243                 stopped_cpus |= CPUMASK(n);
 244                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 245                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 246         }
 247         crit_exit();
 248 #if 0
 249         panic("XXX stop_cpus()");
 250 #endif
 251
 252         return(1);
 253 }
 254
 255 int
 256 restart_cpus(cpumask_t map)
 257 {
 258         map &= smp_active_mask;
 259
 260         crit_enter();
 261         while (map) {
 262                 int n = BSFCPUMASK(map);
 263                 map &= ~CPUMASK(n);
 264                 stopped_cpus &= ~CPUMASK(n);
 265                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 266                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 267         }
 268         crit_exit();
 269 #if 0
 270         panic("XXX restart_cpus()");
 271 #endif
 272
 273         return(1);
 274 }
 275
 276 void
 277 ap_init(void)
 278 {
 279         /*
 280          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 281          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 282          * is waiting for our signal.
 283          *
 284          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 285          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 286          * trying to send us an IPI.
 287          */
 288         smp_startup_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 289         cpu_mfence();
 290
 291         /*
 292          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 293          * then get the MP lock.
 294          *
 295          * Note: We are in a critical section.
 296          *
 297          * Note: We have to synchronize td_mpcount to our desired MP state
 298          * before calling cpu_try_mplock().
 299          *
 300          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 301          *
 302          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 303          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 304          * caching it.
 305          */
 306
 307         while (mp_finish == 0) {
 308                 cpu_lfence();
 309                 DELAY(500000);
 310         }
 311         ++curthread->td_mpcount;
 312         while (cpu_try_mplock() == 0)
 313                 DELAY(100000);
 314
 315         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 316         cpu_invltlb();
 317
 318         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 319         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 320
 321         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 322
 323
 324         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 325         mem_range_AP_init();
 326         /*
 327          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 328          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 329          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 330          * message interlock could be left set which would also prevent
 331          * further IPIs.
 332          *
 333          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 334          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 335          * because we returning almost directly into the idle loop.
 336          *
 337          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 338          * nothing we've done put it there.
 339          */
 340         KKASSERT(curthread->td_mpcount == 1);
 341         smp_active_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 342
 343         mdcpu->gd_fpending = 0;
 344         mdcpu->gd_ipending = 0;
 345         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 346         lwkt_process_ipiq();
 347
 348         /*
 349          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 350          */
 351         rel_mplock();
 352         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 353 }
 354
 355 void
 356 init_secondary(void)
 357 {
 358         int     myid = bootAP;
 359         struct mdglobaldata *md;
 360         struct privatespace *ps;
 361
 362         ps = &CPU_prvspace[myid];
 363
 364         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 365
 366         /*
 367          * Setup the %fs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 368          * point.  Note that %gs is used by pthreads.
 369          */
 370         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 371
 372         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 373
 374         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 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 #if 0
 394         struct lwp_params params;
 395 #endif
 396
 397         /*
 398          * needed for ipis to initial thread
 399          * FIXME: rename ap_tids?
 400          */
 401         ap_tids[0] = pthread_self();
 402
 403         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
 404         {
 405                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 406                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 407                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 408                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 409                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 410                 }
 411
 412                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 413                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 414                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 415                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 416                 }
 417
 418                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 419                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 420                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 421
 422                 /* prime data page for it to use */
 423                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 424                 cpu_gdinit(gd, x);
 425
 426 #if 0
 427                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 428                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 429                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 430                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 431                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 432                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 433                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 434                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 435 #endif
 436
 437                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 438                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 439
 440                 /*
 441                  * Setup the AP boot stack
 442                  */
 443                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 444                 bootAP = x;
 445
 446                 /*
 447                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 448                  *
 449                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 450                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 451                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 452                  * have already been enabled.
 453                  */
 454                 cpu_disable_intr();
 455                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
 456                 cpu_enable_intr();
 457
 458                 while((smp_startup_mask & CPUMASK(x)) == 0) {
 459                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 460                         DELAY(1000);
 461                 }
 462         }
 463
 464         return(ncpus - 1);
 465 }