sys/i386/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/i386/i386/Attic/vm_machdep.c,v 1.11 2003/06/27 01:53:24 dillon Exp $
  43  */
  44
  45 #include "npx.h"
  46 #include "opt_user_ldt.h"
  47 #ifdef PC98
  48 #include "opt_pc98.h"
  49 #endif
  50 #include "opt_reset.h"
  51
  52 #include <sys/param.h>
  53 #include <sys/systm.h>
  54 #include <sys/malloc.h>
  55 #include <sys/proc.h>
  56 #include <sys/buf.h>
  57 #include <sys/vnode.h>
  58 #include <sys/vmmeter.h>
  59 #include <sys/kernel.h>
  60 #include <sys/sysctl.h>
  61 #include <sys/unistd.h>
  62
  63 #include <machine/clock.h>
  64 #include <machine/cpu.h>
  65 #include <machine/md_var.h>
  66 #ifdef SMP
  67 #include <machine/smp.h>
  68 #endif
  69 #include <machine/pcb.h>
  70 #include <machine/pcb_ext.h>
  71 #include <machine/vm86.h>
  72
  73 #include <vm/vm.h>
  74 #include <vm/vm_param.h>
  75 #include <sys/lock.h>
  76 #include <vm/vm_kern.h>
  77 #include <vm/vm_page.h>
  78 #include <vm/vm_map.h>
  79 #include <vm/vm_extern.h>
  80
  81 #include <sys/user.h>
  82 #include <sys/thread2.h>
  83
  84 #ifdef PC98
  85 #include <pc98/pc98/pc98.h>
  86 #else
  87 #include <i386/isa/isa.h>
  88 #endif
  89
  90 static void     cpu_reset_real __P((void));
  91 #ifdef SMP
  92 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
  93 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  94 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  95 #endif
  96 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  97
  98 /*
  99  * quick version of vm_fault
 100  */
 101 int
 102 vm_fault_quick(v, prot)
 103         caddr_t v;
 104         int prot;
 105 {
 106         int r;
 107
 108         if (prot & VM_PROT_WRITE)
 109                 r = subyte(v, fubyte(v));
 110         else
 111                 r = fubyte(v);
 112         return(r);
 113 }
 114
 115 /*
 116  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
 117  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 118  * ready to run and return to user mode.
 119  */
 120 void
 121 cpu_fork(p1, p2, flags)
 122         register struct proc *p1, *p2;
 123         int flags;
 124 {
 125         struct pcb *pcb2;
 126
 127         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 128 #ifdef USER_LDT
 129                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 130                         /* unshare user LDT */
 131                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
 132                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 133                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 134                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 135                                 user_ldt_free(pcb1);
 136                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 137                                 set_user_ldt(pcb1);
 138                         }
 139                 }
 140 #endif
 141                 return;
 142         }
 143
 144 #if NNPX > 0
 145         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 146         if (npxthread == p1->p_thread)
 147                 npxsave(&p1->p_thread->td_pcb->pcb_save);
 148 #endif
 149
 150         /* Copy p1's pcb. */
 151         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
 152         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
 153
 154         /*
 155          * Create a new fresh stack for the new process.
 156          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 157          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
 158          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match
 159          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
 160          *
 161          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
 162          * the trap frame which will be restored by cpu_restore, and the
 163          * thread's td_sp pointer must allocate an additonal call-return
 164          * pointer below the pcb_esp call-return pointer to hold the LWKT
 165          * restore function pointer.
 166          *
 167          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
 168          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
 169          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 170          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 171          * all the extra crap we are setting up.
 172          */
 173         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
 174         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
 175
 176         /*
 177          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 178          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 179          */
 180         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
 181         pcb2->pcb_edi = 0;
 182         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 183         pcb2->pcb_ebp = 0;
 184         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
 185         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
 186         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 187         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
 188         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
 189         /*
 190          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 191          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 192          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 193          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 194          */
 195
 196 #ifdef SMP
 197         pcb2->pcb_mpnest = 1;
 198 #endif
 199         /*
 200          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 201          */
 202         pcb2->pcb_ext = 0;
 203
 204 #ifdef USER_LDT
 205         /* Copy the LDT, if necessary. */
 206         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 207                 if (flags & RFMEM) {
 208                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 209                 } else {
 210                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 211                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 212                 }
 213         }
 214 #endif
 215
 216         /*
 217          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 218          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 219          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 220          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 221          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 222          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 223          * the return to user-mode.
 224          */
 225 }
 226
 227 /*
 228  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 229  * been scheduled yet.
 230  *
 231  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 232  */
 233 void
 234 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 235         struct proc *p;
 236         void (*func) __P((void *));
 237         void *arg;
 238 {
 239         /*
 240          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 241          * is really called like this:  func(arg, frame);
 242          */
 243         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
 244         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
 245 }
 246
 247 void
 248 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 249 {
 250         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
 251         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
 252         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 253         td->td_sp -= sizeof(void *);
 254         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 255         td->td_sp -= sizeof(void *);
 256         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 257 }
 258
 259 void
 260 cpu_exit(p)
 261         register struct proc *p;
 262 {
 263         struct pcb *pcb;
 264
 265 #if NNPX > 0
 266         npxexit(p);
 267 #endif  /* NNPX */
 268
 269         /*
 270          * Cleanup the PCB
 271          */
 272         pcb = curthread->td_pcb;
 273         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 274                 /*
 275                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 276                  * before freeing them?  (not done here)
 277                  */
 278                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 279                     ctob(IOPAGES + 1));
 280                 pcb->pcb_ext = 0;
 281         }
 282 #ifdef USER_LDT
 283         user_ldt_free(pcb);
 284 #endif
 285         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 286                 /*
 287                  * disable all hardware breakpoints
 288                  */
 289                 reset_dbregs();
 290                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 291         }
 292         cnt.v_swtch++;
 293
 294         /*
 295          * Set a special switch function which will release td_rwlock after
 296          * the thread has been derferenced.
 297          */
 298         crit_enter();
 299         KASSERT(curthread->td_switch == cpu_heavy_switch,
 300             ("cpu_exit: unexpected switchout"));
 301         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 302         lwkt_deschedule_self();
 303         lwkt_switch();
 304         panic("cpu_exit");
 305 }
 306
 307 void
 308 cpu_wait(p)
 309         struct proc *p;
 310 {
 311         struct thread *td;
 312
 313         /* drop per-process resources */
 314         td = pmap_dispose_proc(p);
 315         if (td)
 316             pmap_dispose_thread(td);
 317 }
 318
 319 /*
 320  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 321  */
 322 int
 323 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
 324 {
 325         struct proc *p = td->td_proc;
 326         int error;
 327         caddr_t tempuser;
 328
 329         KKASSERT(p);
 330         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 331         if (!tempuser)
 332                 return EINVAL;
 333
 334         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 335         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 336         bcopy(p->p_md.md_regs,
 337               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 338               sizeof(struct trapframe));
 339         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
 340
 341         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
 342                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
 343
 344         free(tempuser, M_TEMP);
 345
 346         return error;
 347 }
 348
 349 #ifdef notyet
 350 static void
 351 setredzone(pte, vaddr)
 352         u_short *pte;
 353         caddr_t vaddr;
 354 {
 355 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 356    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 357    this means though that protection violations need to be handled
 358    thru a double fault exception that must do an integral task
 359    switch to a known good context, within which a dump can be
 360    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 361    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 362    and take the dump while still in mapped mode */
 363 }
 364 #endif
 365
 366 /*
 367  * Convert kernel VA to physical address
 368  */
 369 u_long
 370 kvtop(void *addr)
 371 {
 372         vm_offset_t va;
 373
 374         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 375         if (va == 0)
 376                 panic("kvtop: zero page frame");
 377         return((int)va);
 378 }
 379
 380 /*
 381  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 382  */
 383
 384 #ifdef SMP
 385 static void
 386 cpu_reset_proxy()
 387 {
 388         u_int saved_mp_lock;
 389
 390         cpu_reset_proxy_active = 1;
 391         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 392                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 393         saved_mp_lock = mp_lock;
 394         mp_lock = 1;
 395         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 396         cpu_reset_proxy_active = 3;
 397         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 398                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 399         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 400         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 401         DELAY(1000000);
 402         cpu_reset_real();
 403 }
 404 #endif
 405
 406 void
 407 cpu_reset()
 408 {
 409 #ifdef SMP
 410         if (smp_active == 0) {
 411                 cpu_reset_real();
 412                 /* NOTREACHED */
 413         } else {
 414
 415                 u_int map;
 416                 int cnt;
 417                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
 418
 419                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
 420
 421                 if (map != 0) {
 422                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 423                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 424                 }
 425
 426                 if (cpuid == 0) {
 427                         DELAY(1000000);
 428                         cpu_reset_real();
 429                         /* NOTREACHED */
 430                 } else {
 431                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 432
 433                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
 434                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 435                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 436                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 437
 438                         cnt = 0;
 439                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 440                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 441                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 442                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 443                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 444                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 445                         cnt = 0;
 446                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 447                                 cnt++;  /* Do nothing */
 448                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 449                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 450                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 451                         }
 452                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 453                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 454                         while (1);
 455                         /* NOTREACHED */
 456                 }
 457         }
 458 #else
 459         cpu_reset_real();
 460 #endif
 461 }
 462
 463 static void
 464 cpu_reset_real()
 465 {
 466
 467 #ifdef PC98
 468         /*
 469          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
 470          */
 471         disable_intr();
 472         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
 473                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
 474                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
 475         }
 476         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
 477 #else
 478         /*
 479          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 480          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 481          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 482          */
 483
 484 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 485         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 486         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 487         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 488         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 489 #endif
 490 #endif /* PC98 */
 491         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 492         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 493
 494         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 495         invltlb();
 496         /* NOTREACHED */
 497         while(1);
 498 }
 499
 500 int
 501 grow_stack(p, sp)
 502         struct proc *p;
 503         u_int sp;
 504 {
 505         int rv;
 506
 507         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 508         if (rv != KERN_SUCCESS)
 509                 return (0);
 510
 511         return (1);
 512 }
 513
 514 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 515
 516 static int cnt_prezero;
 517
 518 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 519         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 520
 521 /*
 522  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 523  * This routine is called from the idle loop.
 524  */
 525
 526 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 527 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 528
 529 int
 530 vm_page_zero_idle()
 531 {
 532         static int free_rover;
 533         static int zero_state;
 534         vm_page_t m;
 535         int s;
 536
 537         /*
 538          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 539          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 540          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 541          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 542          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 543          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 544          */
 545
 546         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
 547                 return(0);
 548         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 549                 return(0);
 550
 551 #ifdef SMP
 552         if (try_mplock()) {
 553 #endif
 554                 s = splvm();
 555                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 556                 zero_state = 0;
 557                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 558                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 559                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 560                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 561                         m->queue = PQ_NONE;
 562                         splx(s);
 563                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 564                         (void)splvm();
 565                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 566                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 567                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 568                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 569                             pageq);
 570                         ++vm_page_zero_count;
 571                         ++cnt_prezero;
 572                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 573                                 zero_state = 1;
 574                 }
 575                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 576                 splx(s);
 577                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 578 #ifdef SMP
 579                 rel_mplock();
 580 #endif
 581                 return (1);
 582 #ifdef SMP
 583         }
 584 #endif
 585         /*
 586          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
 587          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in
 588          * swtch.s
 589          */
 590         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
 591         return (0);
 592 }
 593
 594 /*
 595  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 596  */
 597 void
 598 swi_vm()
 599 {
 600         if (busdma_swi_pending != 0)
 601                 busdma_swi();
 602 }
 603
 604 /*
 605  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 606  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 607  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 608  * or other unpredictable behaviour.
 609  */
 610
 611 #include "isa.h"
 612
 613 int
 614 is_physical_memory(addr)
 615         vm_offset_t addr;
 616 {
 617
 618 #if NISA > 0
 619         /* The ISA ``memory hole''. */
 620         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 621                 return 0;
 622 #endif
 623
 624         /*
 625          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 626          * here
 627          */
 628
 629         return 1;
 630 }