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         int 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;
 110         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 111
 112         /*
 113          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 114          * of 'other' CPUs.
 115          */
 116         rel_mplock();
 117         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask, smp_startup_mask)) {
 118                 DELAY(100000);
 119                 cpu_lfence();
 120         }
 121
 122         while (try_mplock() == 0)
 123                 DELAY(100000);
 124         if (bootverbose)
 125                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
 126 }
 127
 128 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
 129
 130
 131 void *
 132 start_ap(void *arg __unused)
 133 {
 134         init_secondary();
 135         setrealcpu();
 136         bootstrap_idle();
 137
 138         return(NULL); /* NOTREACHED */
 139 }
 140
 141 /* storage for AP thread IDs */
 142 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 143
 144 void
 145 mp_start(void)
 146 {
 147         int shift;
 148
 149         ncpus = optcpus;
 150
 151         mp_naps = ncpus - 1;
 152
 153         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
 154         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 155                 ;
 156         --shift;
 157         ncpus2_shift = shift;
 158         ncpus2 = 1 << shift;
 159         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
 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         /*
 168          * cpu0 initialization
 169          */
 170         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
 171                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 172         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 173
 174         /*
 175          * cpu 1-(n-1)
 176          */
 177         start_all_aps(boot_address);
 178
 179 }
 180
 181 void
 182 mp_announce(void)
 183 {
 184         int x;
 185
 186         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 187         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 188
 189         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
 190                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 191 }
 192
 193 void
 194 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 195 {
 196         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
 197                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 198                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 199         }
 200 #if 0
 201         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 202 #endif
 203 }
 204
 205 void
 206 smp_invltlb(void)
 207 {
 208 }
 209
 210 void
 211 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 212 {
 213         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 214 }
 215
 216 void
 217 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 218 {
 219         crit_enter();
 220         while (CPUMASK_TESTNZERO(target)) {
 221                 int n = BSFCPUMASK(target);
 222                 CPUMASK_NANDBIT(target, n);
 223                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 224         }
 225         crit_exit();
 226 }
 227
 228 int
 229 stop_cpus(cpumask_t map)
 230 {
 231         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 232
 233         crit_enter();
 234         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 235                 int n = BSFCPUMASK(map);
 236                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 237                 ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(stopped_cpus, n);
 238                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 239                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 240         }
 241         crit_exit();
 242 #if 0
 243         panic("XXX stop_cpus()");
 244 #endif
 245
 246         return(1);
 247 }
 248
 249 int
 250 restart_cpus(cpumask_t map)
 251 {
 252         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 253
 254         crit_enter();
 255         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 256                 int n = BSFCPUMASK(map);
 257                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 258                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(stopped_cpus, n);
 259                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 260                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 261         }
 262         crit_exit();
 263 #if 0
 264         panic("XXX restart_cpus()");
 265 #endif
 266
 267         return(1);
 268 }
 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         lwkt_process_ipiq();
 338
 339         /*
 340          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 341          */
 342         rel_mplock();
 343         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 344 }
 345
 346 void
 347 init_secondary(void)
 348 {
 349         int     myid = bootAP;
 350         struct mdglobaldata *md;
 351         struct privatespace *ps;
 352
 353         ps = &CPU_prvspace[myid];
 354
 355         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 356
 357         /*
 358          * Setup the %fs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 359          * point.  Note that %gs is used by pthreads.
 360          */
 361         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 362
 363         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 364
 365         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
 366         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 367         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 368
 369         /*
 370          * Set to a known state:
 371          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 372          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 373          */
 374 }
 375
 376 static int
 377 start_all_aps(u_int boot_addr)
 378 {
 379         int x, i;
 380         struct mdglobaldata *gd;
 381         struct privatespace *ps;
 382         vm_page_t m;
 383         vm_offset_t va;
 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                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 430                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 431
 432                 /*
 433                  * Setup the AP boot stack
 434                  */
 435                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 436                 bootAP = x;
 437
 438                 /*
 439                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 440                  *
 441                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 442                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 443                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 444                  * have already been enabled.
 445                  */
 446                 cpu_disable_intr();
 447                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
 448                 cpu_enable_intr();
 449
 450                 while (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, x) == 0) {
 451                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 452                         DELAY(1000);
 453                 }
 454         }
 455         vm_object_drop(&kernel_object);
 456
 457         return(ncpus - 1);
 458 }
 459
 460 /*
 461  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
 462  */
 463
 464 void
 465 detect_cpu_topology(void)
 466 {
 467         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
 468         core_bits = vkernel_B_arg;
 469 }
 470
 471 int
 472 get_chip_ID(int cpuid)
 473 {
 474         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
 475             (logical_CPU_bits + core_bits);
 476 }
 477
 478 int
 479 get_core_number_within_chip(int cpuid)
 480 {
 481         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
 482             ( (1 << core_bits) -1);
 483 }
 484
 485 int
 486 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
 487 {
 488         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
 489             ( (1 << logical_CPU_bits) -1);
 490 }