a698afc3712fd676fdf67909d0ae1193b7929d02
[dragonfly.git] / 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  * $DragonFly: src/sys/platform/pc32/i386/vm_machdep.c,v 1.61 2008/08/02 01:14:43 dillon Exp $
43  */
44
45 #include "use_npx.h"
46 #include "use_isa.h"
47 #include "opt_reset.h"
48
49 #include <sys/param.h>
50 #include <sys/systm.h>
51 #include <sys/malloc.h>
52 #include <sys/proc.h>
53 #include <sys/buf.h>
54 #include <sys/interrupt.h>
55 #include <sys/vnode.h>
56 #include <sys/vmmeter.h>
57 #include <sys/kernel.h>
58 #include <sys/sysctl.h>
59 #include <sys/unistd.h>
60
61 #include <machine/clock.h>
62 #include <machine/cpu.h>
63 #include <machine/md_var.h>
64 #include <machine/smp.h>
65 #include <machine/pcb.h>
66 #include <machine/pcb_ext.h>
67 #include <machine/vm86.h>
68 #include <machine/segments.h>
69 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
70
71 #include <vm/vm.h>
72 #include <vm/vm_param.h>
73 #include <sys/lock.h>
74 #include <vm/vm_kern.h>
75 #include <vm/vm_page.h>
76 #include <vm/vm_map.h>
77 #include <vm/vm_extern.h>
78
79 #include <sys/user.h>
80 #include <sys/thread2.h>
81
82 #include <bus/isa/isa.h>
83
84 static void     cpu_reset_real (void);
85 #ifdef SMP
86 static void     cpu_reset_proxy (void);
87 static u_int    cpu_reset_proxyid;
88 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
89 #endif
90 extern int      _ucodesel, _udatasel;
91
92
93 /*
94  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
95  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
96  * ready to run and return to user mode.
97  */
98 void
99 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
100 {
101         struct pcb *pcb2;
102
103         if ((flags & RFPROC) == 0) {
104                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
105                         /* unshare user LDT */
106                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
107                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
108                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
109                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
110                                 user_ldt_free(pcb1);
111                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
112                                 set_user_ldt(pcb1);
113                         }
114                 }
115                 return;
116         }
117
118 #if NNPX > 0
119         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
120         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
121                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
122 #endif
123         
124         /*
125          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
126          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
127          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
128          * the register state may not be current.
129          */
130         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
131         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
132
133         /*
134          * Create a new fresh stack for the new process.
135          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
136          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
137          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
138          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
139          *
140          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
141          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
142          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
143          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
144          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
145          *
146          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
147          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
148          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
149          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
150          * all the extra crap we are setting up.
151          */
152         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
153         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
154
155         /*
156          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
157          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
158          */
159         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pdir);
160         pcb2->pcb_edi = 0;
161         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
162         pcb2->pcb_ebp = 0;
163         pcb2->pcb_esp = (int)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
164         pcb2->pcb_ebx = (int)lp2;               /* fork_trampoline argument */
165         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
166         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
167         *(u_int32_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
168         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
169         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
170
171         /*
172          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
173          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
174          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
175          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
176          */
177
178         /*
179          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
180          */
181         pcb2->pcb_ext = 0;
182
183         /* Copy the LDT, if necessary. */
184         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
185                 if (flags & RFMEM) {
186                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
187                 } else {
188                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
189                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
190                 }
191         }
192         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
193               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
194         /*
195          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
196          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
197          * containing the return address when exiting cpu_switch.
198          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
199          * %ebx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
200          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
201          * the return to user-mode.
202          */
203 }
204
205 /*
206  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
207  */
208 int
209 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
210 {
211         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
212         void *bad_return = NULL;
213         int error;
214
215         regs->tf_eip = (int)params->func;
216         regs->tf_esp = (int)params->stack;
217         /* Set up argument for function call */
218         regs->tf_esp -= sizeof(params->arg);
219         error = 
220             copyout(&params->arg, (void *)regs->tf_esp, sizeof(params->arg));
221         if (error)
222                 return (error);
223         /*
224          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
225          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
226          * a SIGSEGV if it returns anyways.
227          */
228         regs->tf_esp -= sizeof(void *);
229         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_esp, sizeof(bad_return));
230         if (error)
231                 return (error);
232
233         cpu_set_fork_handler(lp,
234             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
235         return (0);
236 }
237
238 /*
239  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
240  * been scheduled yet.
241  *
242  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
243  */
244 void
245 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
246                      void *arg)
247 {
248         /*
249          * Note that the trap frame follows the args, so the function
250          * is really called like this:  func(arg, frame);
251          */
252         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
253         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
254 }
255
256 void
257 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
258 {
259         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
260         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
261         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
262         td->td_sp -= sizeof(void *);
263         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
264         td->td_sp -= sizeof(void *);
265         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
266 }
267
268 void
269 cpu_lwp_exit(void)
270 {
271         struct thread *td = curthread;
272         struct pcb *pcb;
273         struct pcb_ext *ext;
274
275 #if NNPX > 0
276         npxexit();
277 #endif  /* NNPX */
278
279         /*
280          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
281          * to switch back to the common TSS before freeing it.
282          */
283         pcb = td->td_pcb;
284         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
285                 crit_enter();
286                 pcb->pcb_ext = NULL;
287                 td->td_switch(td);
288                 crit_exit();
289                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
290         }
291         user_ldt_free(pcb);
292         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
293                 /*
294                  * disable all hardware breakpoints
295                  */
296                 reset_dbregs();
297                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
298         }
299         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
300
301         crit_enter_quick(td);
302         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
303                 tsleep_remove(td);
304         lwkt_deschedule_self(td);
305         lwkt_remove_tdallq(td);
306         cpu_thread_exit();
307 }
308
309 /*
310  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
311  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
312  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
313  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
314  * out the stack.
315  *
316  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
317  */
318 void
319 cpu_thread_exit(void)
320 {
321         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
322         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
323         lwkt_switch();
324         panic("cpu_exit");
325 }
326
327 /*
328  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
329  * rwlock and removed it from the reap list.
330  */
331 void
332 cpu_proc_wait(struct proc *p)
333 {
334         /* drop per-process resources */
335         pmap_dispose_proc(p);
336 }
337
338 #ifdef notyet
339 static void
340 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
341 {
342 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
343    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
344    this means though that protection violations need to be handled
345    thru a double fault exception that must do an integral task
346    switch to a known good context, within which a dump can be
347    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
348    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
349    and take the dump while still in mapped mode */
350 }
351 #endif
352
353 /*
354  * Convert kernel VA to physical address
355  */
356 vm_paddr_t
357 kvtop(void *addr)
358 {
359         vm_paddr_t pa;
360
361         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
362         if (pa == 0)
363                 panic("kvtop: zero page frame");
364         return (pa);
365 }
366
367 /*
368  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
369  */
370
371 #ifdef SMP
372 static void
373 cpu_reset_proxy(void)
374 {
375         u_int saved_mp_lock;
376
377         cpu_reset_proxy_active = 1;
378         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
379                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
380         saved_mp_lock = mp_lock;
381         mp_lock = 0;    /* BSP */
382         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
383         cpu_reset_proxy_active = 3;
384         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
385                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
386         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
387         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
388         DELAY(1000000);
389         cpu_reset_real();
390 }
391 #endif
392
393 void
394 cpu_reset(void)
395 {
396 #ifdef SMP
397         if (smp_active_mask == 1) {
398                 cpu_reset_real();
399                 /* NOTREACHED */
400         } else {
401                 u_int map;
402                 int cnt;
403                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
404
405                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
406
407                 if (map != 0) {
408                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
409                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
410                 }
411
412                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
413                         DELAY(1000000);
414                         cpu_reset_real();
415                         /* NOTREACHED */
416                 } else {
417                         /* We are not BSP (CPU #0) */
418
419                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
420                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
421                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
422                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
423
424                         cnt = 0;
425                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
426                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
427                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
428                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
429                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
430                         cpu_reset_proxy_active = 2;
431                         cnt = 0;
432                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
433                                 cnt++;  /* Do nothing */
434                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
435                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
436                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
437                         }
438                         cpu_reset_proxy_active = 4;
439                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
440                         while (1);
441                         /* NOTREACHED */
442                 }
443         }
444 #else
445         cpu_reset_real();
446 #endif
447 }
448
449 static void
450 cpu_reset_real(void)
451 {
452         /*
453          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
454          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
455          * to do the reset here would then end up in no man's land.
456          */
457
458 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
459         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
460         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
461         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
462         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
463 #endif
464         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
465         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
466
467         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
468         cpu_invltlb();
469         /* NOTREACHED */
470         while(1);
471 }
472
473 int
474 grow_stack(struct proc *p, u_int sp)
475 {
476         int rv;
477
478         rv = vm_map_growstack (p, sp);
479         if (rv != KERN_SUCCESS)
480                 return (0);
481
482         return (1);
483 }
484
485 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
486
487 static int cnt_prezero;
488
489 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
490         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
491
492 static void
493 swi_vm(void *arg, void *frame)
494 {
495         if (busdma_swi_pending != 0)
496                 busdma_swi();
497 }
498
499 static void
500 swi_vm_setup(void *arg)
501 {
502         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
503 }
504
505 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
506
507
508 /*
509  * Tell whether this address is in some physical memory region.
510  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
511  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
512  * or other unpredictable behaviour.
513  */
514
515 int
516 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
517 {
518
519 #if NISA > 0
520         /* The ISA ``memory hole''. */
521         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
522                 return 0;
523 #endif
524
525         /*
526          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
527          * here
528          */
529
530         return 1;
531 }
532
533 /*
534  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
535  */
536 void
537 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
538 {
539 }
540
541 void
542 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
543 {
544 }
545
546 /*
547  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
548  * the requested KVA range.
549  */
550 int
551 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
552 {
553         vm_offset_t addr;
554
555         if (saddr < KvaStart)
556                 return EFAULT;
557         if (eaddr >= KvaEnd)
558                 return EFAULT;
559         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
560                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
561                         return EFAULT;
562         }
563         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
564                 return EFAULT;
565         return 0;
566 }
567