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
  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         int i;
 103         cpumask_t ncpus_mask = 0;
 104
 105         for (i = 1; i <= ncpus; i++)
 106                 ncpus_mask |= CPUMASK(i);
 107
 108         mp_finish = 1;
 109         if (bootverbose)
 110                 kprintf("Finish MP startup\n");
 111
 112         /* build our map of 'other' CPUs */
 113         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 114
 115         /*
 116          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 117          * of 'other' CPUs.
 118          */
 119         rel_mplock();
 120         while (smp_active_mask != smp_startup_mask) {
 121                 DELAY(100000);
 122                 cpu_lfence();
 123         }
 124
 125         while (try_mplock() == 0)
 126                 DELAY(100000);
 127         if (bootverbose)
 128                 kprintf("Active CPU Mask: %08lx\n", (long)smp_active_mask);
 129 }
 130
 131 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
 132
 133
 134 void *
 135 start_ap(void *arg __unused)
 136 {
 137         init_secondary();
 138         setrealcpu();
 139         bootstrap_idle();
 140
 141         return(NULL); /* NOTREACHED */
 142 }
 143
 144 /* storage for AP thread IDs */
 145 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 146
 147 void
 148 mp_start(void)
 149 {
 150         int shift;
 151
 152         ncpus = optcpus;
 153
 154         mp_naps = ncpus - 1;
 155
 156         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
 157         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 158                 ;
 159         --shift;
 160         ncpus2_shift = shift;
 161         ncpus2 = 1 << shift;
 162         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
 163
 164         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 165         if ((1 << shift) < ncpus)
 166                 ++shift;
 167         ncpus_fit = 1 << shift;
 168         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 169
 170         /*
 171          * cpu0 initialization
 172          */
 173         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
 174                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 175         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 176
 177         /*
 178          * cpu 1-(n-1)
 179          */
 180         start_all_aps(boot_address);
 181
 182 }
 183
 184 void
 185 mp_announce(void)
 186 {
 187         int x;
 188
 189         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 190         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 191
 192         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
 193                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 194 }
 195
 196 void
 197 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 198 {
 199         if (CPUMASK(dcpu) & smp_active_mask) {
 200                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 201                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 202         }
 203 #if 0
 204         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 205 #endif
 206 }
 207
 208 void
 209 smp_invltlb(void)
 210 {
 211 }
 212
 213 void
 214 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 215 {
 216         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 217 }
 218
 219 void
 220 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 221 {
 222         crit_enter();
 223         while (target) {
 224                 int n = BSFCPUMASK(target);
 225                 target &= ~CPUMASK(n);
 226                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 227         }
 228         crit_exit();
 229 }
 230
 231 int
 232 stop_cpus(cpumask_t map)
 233 {
 234         map &= smp_active_mask;
 235
 236         crit_enter();
 237         while (map) {
 238                 int n = BSFCPUMASK(map);
 239                 map &= ~CPUMASK(n);
 240                 stopped_cpus |= CPUMASK(n);
 241                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 242                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 243         }
 244         crit_exit();
 245 #if 0
 246         panic("XXX stop_cpus()");
 247 #endif
 248
 249         return(1);
 250 }
 251
 252 int
 253 restart_cpus(cpumask_t map)
 254 {
 255         map &= smp_active_mask;
 256
 257         crit_enter();
 258         while (map) {
 259                 int n = BSFCPUMASK(map);
 260                 map &= ~CPUMASK(n);
 261                 stopped_cpus &= ~CPUMASK(n);
 262                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 263                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 264         }
 265         crit_exit();
 266 #if 0
 267         panic("XXX restart_cpus()");
 268 #endif
 269
 270         return(1);
 271 }
 272
 273 void
 274 ap_init(void)
 275 {
 276         /*
 277          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 278          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 279          * is waiting for our signal.
 280          *
 281          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 282          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 283          * trying to send us an IPI.
 284          */
 285         smp_startup_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 286         cpu_mfence();
 287
 288         /*
 289          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 290          * then get the MP lock.
 291          *
 292          * Note: We are in a critical section.
 293          *
 294          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 295          *
 296          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 297          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 298          * caching it.
 299          */
 300
 301         while (mp_finish == 0) {
 302                 cpu_lfence();
 303                 DELAY(500000);
 304         }
 305         while (try_mplock() == 0)
 306                 DELAY(100000);
 307
 308         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 309         cpu_invltlb();
 310
 311         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 312         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 313
 314         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 315
 316
 317         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 318         mem_range_AP_init();
 319         /*
 320          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 321          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 322          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 323          * message interlock could be left set which would also prevent
 324          * further IPIs.
 325          *
 326          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 327          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 328          * because we returning almost directly into the idle loop.
 329          *
 330          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 331          * nothing we've done put it there.
 332          */
 333         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
 334         smp_active_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 335
 336         mdcpu->gd_fpending = 0;
 337         mdcpu->gd_ipending = 0;
 338         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 339         lwkt_process_ipiq();
 340
 341         /*
 342          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 343          */
 344         rel_mplock();
 345         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 346 }
 347
 348 void
 349 init_secondary(void)
 350 {
 351         int     myid = bootAP;
 352         struct mdglobaldata *md;
 353         struct privatespace *ps;
 354
 355         ps = &CPU_prvspace[myid];
 356
 357         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 358
 359         /*
 360          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 361          * point.  Note that %fs is used by pthreads.
 362          */
 363         tls_set_gs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 364
 365         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 366
 367         /* JG */
 368         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
 369         //md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 370         //md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 371
 372         /*
 373          * Set to a known state:
 374          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 375          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 376          */
 377 }
 378
 379 static int
 380 start_all_aps(u_int boot_addr)
 381 {
 382         int x, i;
 383         struct mdglobaldata *gd;
 384         struct privatespace *ps;
 385         vm_page_t m;
 386         vm_offset_t va;
 387 #if 0
 388         struct lwp_params params;
 389 #endif
 390
 391         /*
 392          * needed for ipis to initial thread
 393          * FIXME: rename ap_tids?
 394          */
 395         ap_tids[0] = pthread_self();
 396
 397         vm_object_hold(&kernel_object);
 398         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
 399         {
 400                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 401                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 402                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 403                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 404                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 405                 }
 406
 407                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 408                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 409                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 410                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 411                 }
 412
 413                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 414                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 415                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 416
 417                 /* prime data page for it to use */
 418                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 419                 cpu_gdinit(gd, x);
 420
 421 #if 0
 422                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 423                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 424                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 425                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 426                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 427                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 428                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 429                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 430 #endif
 431
 432                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 433                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 434
 435                 /*
 436                  * Setup the AP boot stack
 437                  */
 438                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 439                 bootAP = x;
 440
 441                 /*
 442                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 443                  *
 444                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 445                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 446                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 447                  * have already been enabled.
 448                  */
 449                 cpu_disable_intr();
 450                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
 451                 cpu_enable_intr();
 452
 453                 while((smp_startup_mask & CPUMASK(x)) == 0) {
 454                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 455                         DELAY(1000);
 456                 }
 457         }
 458         vm_object_drop(&kernel_object);
 459
 460         return(ncpus - 1);
 461 }
 462
 463 /*
 464  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
 465  */
 466
 467 void
 468 detect_cpu_topology(void)
 469 {
 470         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
 471         core_bits = vkernel_B_arg;
 472 }
 473
 474 int
 475 get_chip_ID(int cpuid)
 476 {
 477         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
 478             (logical_CPU_bits + core_bits);
 479 }
 480
 481 int
 482 get_core_number_within_chip(int cpuid)
 483 {
 484         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
 485             ( (1 << core_bits) -1);
 486 }
 487
 488 int
 489 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
 490 {
 491         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
 492             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
 493 }
 494