sys/platform/pc32/i386/vm_machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1982, 1986 The Regents of the University of California.
   3  * Copyright (c) 1989, 1990 William Jolitz
   4  * Copyright (c) 1994 John Dyson
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
   9  * Science Department, and William Jolitz.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      from: @(#)vm_machdep.c  7.3 (Berkeley) 5/13/91
  40  *      Utah $Hdr: vm_machdep.c 1.16.1.1 89/06/23$
  41  * $FreeBSD: src/sys/i386/i386/vm_machdep.c,v 1.132.2.9 2003/01/25 19:02:23 dillon Exp $
  42  */
  43
  44 #include "use_npx.h"
  45 #include "opt_reset.h"
  46
  47 #include <sys/param.h>
  48 #include <sys/systm.h>
  49 #include <sys/malloc.h>
  50 #include <sys/proc.h>
  51 #include <sys/buf.h>
  52 #include <sys/interrupt.h>
  53 #include <sys/vnode.h>
  54 #include <sys/vmmeter.h>
  55 #include <sys/kernel.h>
  56 #include <sys/sysctl.h>
  57 #include <sys/unistd.h>
  58
  59 #include <machine/clock.h>
  60 #include <machine/cpu.h>
  61 #include <machine/md_var.h>
  62 #include <machine/smp.h>
  63 #include <machine/pcb.h>
  64 #include <machine/pcb_ext.h>
  65 #include <machine/vm86.h>
  66 #include <machine/segments.h>
  67 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
  68
  69 #include <vm/vm.h>
  70 #include <vm/vm_param.h>
  71 #include <sys/lock.h>
  72 #include <vm/vm_kern.h>
  73 #include <vm/vm_page.h>
  74 #include <vm/vm_map.h>
  75 #include <vm/vm_extern.h>
  76
  77 #include <sys/user.h>
  78
  79 #include <sys/thread2.h>
  80 #include <sys/mplock2.h>
  81
  82 #include <bus/isa/isa.h>
  83
  84 static void     cpu_reset_real (void);
  85 static void     cpu_reset_proxy (void);
  86 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  87 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  88 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  89
  90
  91 /*
  92  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
  93  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
  94  * ready to run and return to user mode.
  95  */
  96 void
  97 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
  98 {
  99         struct pcb *pcb2;
 100
 101         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 102                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 103                         /* unshare user LDT */
 104                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
 105                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 106                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 107                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 108                                 user_ldt_free(pcb1);
 109                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 110                                 set_user_ldt(pcb1);
 111                         }
 112                 }
 113                 return;
 114         }
 115
 116 #if NNPX > 0
 117         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
 118         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
 119                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
 120 #endif
 121
 122         /*
 123          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
 124          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
 125          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
 126          * the register state may not be current.
 127          */
 128         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
 129         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
 130
 131         /*
 132          * Create a new fresh stack for the new process.
 133          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 134          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
 135          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match
 136          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
 137          *
 138          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
 139          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
 140          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
 141          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
 142          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
 143          *
 144          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
 145          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
 146          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 147          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 148          * all the extra crap we are setting up.
 149          */
 150         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
 151         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
 152
 153         /*
 154          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 155          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 156          */
 157         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pdir);
 158         pcb2->pcb_edi = 0;
 159         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 160         pcb2->pcb_ebp = 0;
 161         pcb2->pcb_esp = (int)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
 162         pcb2->pcb_ebx = (int)lp2;               /* fork_trampoline argument */
 163         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 164         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
 165         *(u_int32_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
 166         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
 167         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
 168
 169         /*
 170          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 171          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 172          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here).
 173          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here).
 174          * pcb2->pcb_onfault_sp:cloned above (don't care)
 175          */
 176
 177         /*
 178          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 179          */
 180         pcb2->pcb_ext = NULL;
 181
 182         /* Copy the LDT, if necessary. */
 183         if (pcb2->pcb_ldt != NULL) {
 184                 if (flags & RFMEM) {
 185                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 186                 } else {
 187                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 188                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 189                 }
 190         }
 191         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
 192               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
 193         /*
 194          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
 195          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 196          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 197          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 198          * %ebx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
 199          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
 200          * the return to user-mode.
 201          */
 202 }
 203
 204 /*
 205  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
 206  */
 207 int
 208 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
 209 {
 210         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
 211         void *bad_return = NULL;
 212         int error;
 213
 214         regs->tf_eip = (int)params->func;
 215         regs->tf_esp = (int)params->stack;
 216         /* Set up argument for function call */
 217         regs->tf_esp -= sizeof(params->arg);
 218         error =
 219             copyout(&params->arg, (void *)regs->tf_esp, sizeof(params->arg));
 220         if (error)
 221                 return (error);
 222         /*
 223          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
 224          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
 225          * a SIGSEGV if it returns anyways.
 226          */
 227         regs->tf_esp -= sizeof(void *);
 228         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_esp, sizeof(bad_return));
 229         if (error)
 230                 return (error);
 231
 232         cpu_set_fork_handler(lp,
 233             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
 234         return (0);
 235 }
 236
 237 /*
 238  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 239  * been scheduled yet.
 240  *
 241  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 242  */
 243 void
 244 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
 245                      void *arg)
 246 {
 247         /*
 248          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 249          * is really called like this:  func(arg, frame);
 250          */
 251         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
 252         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
 253 }
 254
 255 void
 256 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 257 {
 258         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
 259         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
 260         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 261         td->td_sp -= sizeof(void *);
 262         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 263         td->td_sp -= sizeof(void *);
 264         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 265 }
 266
 267 void
 268 cpu_lwp_exit(void)
 269 {
 270         struct thread *td = curthread;
 271         struct pcb *pcb;
 272         struct pcb_ext *ext;
 273
 274         /*
 275          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
 276          * to switch back to the common TSS before freeing it.
 277          */
 278         pcb = td->td_pcb;
 279         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
 280                 crit_enter();
 281                 pcb->pcb_ext = NULL;
 282                 lwkt_switch_return(td->td_switch(td));
 283                 crit_exit();
 284                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
 285         }
 286         user_ldt_free(pcb);
 287         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 288                 /*
 289                  * disable all hardware breakpoints
 290                  */
 291                 reset_dbregs();
 292                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 293         }
 294         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
 295
 296         crit_enter_quick(td);
 297         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
 298                 tsleep_remove(td);
 299         lwkt_deschedule_self(td);
 300         lwkt_remove_tdallq(td);
 301         cpu_thread_exit();
 302 }
 303
 304 /*
 305  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
 306  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
 307  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
 308  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
 309  * out the stack.
 310  *
 311  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
 312  */
 313 void
 314 cpu_thread_exit(void)
 315 {
 316 #if NNPX > 0
 317         npxexit();
 318 #endif
 319         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 320         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
 321         lwkt_switch();
 322         panic("cpu_exit");
 323 }
 324
 325 #ifdef notyet
 326 static void
 327 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
 328 {
 329 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 330    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 331    this means though that protection violations need to be handled
 332    thru a double fault exception that must do an integral task
 333    switch to a known good context, within which a dump can be
 334    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 335    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 336    and take the dump while still in mapped mode */
 337 }
 338 #endif
 339
 340 /*
 341  * Convert kernel VA to physical address
 342  */
 343 vm_paddr_t
 344 kvtop(void *addr)
 345 {
 346         vm_paddr_t pa;
 347
 348         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 349         if (pa == 0)
 350                 panic("kvtop: zero page frame");
 351         return (pa);
 352 }
 353
 354 /*
 355  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 356  */
 357
 358 static void
 359 cpu_reset_proxy(void)
 360 {
 361         cpu_reset_proxy_active = 1;
 362         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 363                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 364         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 365         cpu_reset_proxy_active = 3;
 366         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 367                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 368         stop_cpus(CPUMASK(cpu_reset_proxyid));
 369         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 370         DELAY(1000000);
 371         cpu_reset_real();
 372 }
 373
 374 void
 375 cpu_reset(void)
 376 {
 377         if (smp_active_mask == 1) {
 378                 cpu_reset_real();
 379                 /* NOTREACHED */
 380         } else {
 381                 cpumask_t map;
 382                 int cnt;
 383                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
 384
 385                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
 386
 387                 if (map != 0) {
 388                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 389                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 390                 }
 391
 392                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
 393                         DELAY(1000000);
 394                         cpu_reset_real();
 395                         /* NOTREACHED */
 396                 } else {
 397                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 398
 399                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
 400                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 401                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 402                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 403
 404                         cnt = 0;
 405                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 406                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 407                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 408                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 409                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 410                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 411                         cnt = 0;
 412                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 413                                 cnt++;  /* Do nothing */
 414                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 415                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 416                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 417                         }
 418                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 419                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 420                         while (1);
 421                         /* NOTREACHED */
 422                 }
 423         }
 424 }
 425
 426 static void
 427 cpu_reset_real(void)
 428 {
 429         /*
 430          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 431          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 432          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 433          */
 434
 435 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 436         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 437         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 438         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 439         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
 440 #endif
 441         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 442         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 443
 444         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 445         cpu_invltlb();
 446         /* NOTREACHED */
 447         while(1);
 448 }
 449
 450 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 451
 452 static void
 453 swi_vm(void *arg, void *frame)
 454 {
 455         if (busdma_swi_pending != 0)
 456                 busdma_swi();
 457 }
 458
 459 static void
 460 swi_vm_setup(void *arg)
 461 {
 462         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL, 0);
 463 }
 464
 465 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
 466
 467 /*
 468  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
 469  */
 470 void
 471 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
 472 {
 473 }
 474
 475 void
 476 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
 477 {
 478 }
 479
 480 /*
 481  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
 482  * the requested KVA range.
 483  */
 484 int
 485 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
 486 {
 487         vm_offset_t addr;
 488
 489         if (saddr < KvaStart)
 490                 return EFAULT;
 491         if (eaddr >= KvaEnd)
 492                 return EFAULT;
 493         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
 494                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
 495                         return EFAULT;
 496         }
 497         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
 498                 return EFAULT;
 499         return 0;
 500 }
 501