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         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: %08x\n", 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 #if 0
 203         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 204 #endif
 205 }
 206
 207 void
 208 smp_invltlb(void)
 209 {
 210 }
 211
 212 void
 213 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 214 {
 215         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 216 }
 217
 218 void
 219 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 220 {
 221         crit_enter();
 222         while (target) {
 223                 int n = BSFCPUMASK(target);
 224                 target &= ~CPUMASK(n);
 225                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 226         }
 227         crit_exit();
 228 }
 229
 230 int
 231 stop_cpus(cpumask_t map)
 232 {
 233         map &= smp_active_mask;
 234
 235         crit_enter();
 236         while (map) {
 237                 int n = BSFCPUMASK(map);
 238                 map &= ~CPUMASK(n);
 239                 stopped_cpus |= CPUMASK(n);
 240                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 241                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 242         }
 243         crit_exit();
 244 #if 0
 245         panic("XXX stop_cpus()");
 246 #endif
 247
 248         return(1);
 249 }
 250
 251 int
 252 restart_cpus(cpumask_t map)
 253 {
 254         map &= smp_active_mask;
 255
 256         crit_enter();
 257         while (map) {
 258                 int n = BSFCPUMASK(map);
 259                 map &= ~CPUMASK(n);
 260                 stopped_cpus &= ~CPUMASK(n);
 261                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 262                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 263         }
 264         crit_exit();
 265 #if 0
 266         panic("XXX restart_cpus()");
 267 #endif
 268
 269         return(1);
 270 }
 271
 272 void
 273 ap_init(void)
 274 {
 275         /*
 276          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 277          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 278          * is waiting for our signal.
 279          *
 280          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 281          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 282          * trying to send us an IPI.
 283          */
 284         smp_startup_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 285         cpu_mfence();
 286
 287         /*
 288          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 289          * then get the MP lock.
 290          *
 291          * Note: We are in a critical section.
 292          *
 293          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 294          *
 295          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 296          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 297          * caching it.
 298          */
 299
 300         while (mp_finish == 0) {
 301                 cpu_lfence();
 302                 DELAY(500000);
 303         }
 304         while (try_mplock() == 0)
 305                 DELAY(100000);
 306
 307         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 308         cpu_invltlb();
 309
 310         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 311         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 312
 313         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 314
 315
 316         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 317         mem_range_AP_init();
 318         /*
 319          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 320          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 321          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 322          * message interlock could be left set which would also prevent
 323          * further IPIs.
 324          *
 325          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 326          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 327          * because we returning almost directly into the idle loop.
 328          *
 329          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 330          * nothing we've done put it there.
 331          */
 332         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
 333         smp_active_mask |= CPUMASK(mycpu->gd_cpuid);
 334
 335         mdcpu->gd_fpending = 0;
 336         mdcpu->gd_ipending = 0;
 337         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 338         lwkt_process_ipiq();
 339
 340         /*
 341          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 342          */
 343         rel_mplock();
 344         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 345 }
 346
 347 void
 348 init_secondary(void)
 349 {
 350         int     myid = bootAP;
 351         struct mdglobaldata *md;
 352         struct privatespace *ps;
 353
 354         ps = &CPU_prvspace[myid];
 355
 356         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 357
 358         /*
 359          * Setup the %fs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 360          * point.  Note that %gs is used by pthreads.
 361          */
 362         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 363
 364         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 365
 366         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
 367         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 368         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 369
 370         /*
 371          * Set to a known state:
 372          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 373          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 374          */
 375 }
 376
 377 static int
 378 start_all_aps(u_int boot_addr)
 379 {
 380         int x, i;
 381         struct mdglobaldata *gd;
 382         struct privatespace *ps;
 383         vm_page_t m;
 384         vm_offset_t va;
 385 #if 0
 386         struct lwp_params params;
 387 #endif
 388
 389         /*
 390          * needed for ipis to initial thread
 391          * FIXME: rename ap_tids?
 392          */
 393         ap_tids[0] = pthread_self();
 394
 395         vm_object_hold(&kernel_object);
 396         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
 397         {
 398                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 399                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 400                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 401                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 402                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 403                 }
 404
 405                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 406                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 407                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 408                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 409                 }
 410
 411                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 412                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 413                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 414
 415                 /* prime data page for it to use */
 416                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 417                 cpu_gdinit(gd, x);
 418
 419 #if 0
 420                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 421                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 422                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 423                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 424                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 425                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 426                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 427                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 428 #endif
 429
 430                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 431                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 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((smp_startup_mask & CPUMASK(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 }