Introduce an MI cpu synchronization API, redo the SMP AP startup code,
[dragonfly.git] / 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 1.27 2004/02/17 19:38:53 dillon Exp $
43  */
44
45 #include "use_npx.h"
46 #include "use_isa.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/interrupt.h>
58 #include <sys/vnode.h>
59 #include <sys/vmmeter.h>
60 #include <sys/kernel.h>
61 #include <sys/sysctl.h>
62 #include <sys/unistd.h>
63
64 #include <machine/clock.h>
65 #include <machine/cpu.h>
66 #include <machine/md_var.h>
67 #ifdef SMP
68 #include <machine/smp.h>
69 #endif
70 #include <machine/pcb.h>
71 #include <machine/pcb_ext.h>
72 #include <machine/vm86.h>
73 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
74 #include <machine/ipl.h>        /* SWI_ */
75
76 #include <vm/vm.h>
77 #include <vm/vm_param.h>
78 #include <sys/lock.h>
79 #include <vm/vm_kern.h>
80 #include <vm/vm_page.h>
81 #include <vm/vm_map.h>
82 #include <vm/vm_extern.h>
83
84 #include <sys/user.h>
85 #include <sys/thread2.h>
86
87 #ifdef PC98
88 #include <pc98/pc98/pc98.h>
89 #else
90 #include <bus/isa/i386/isa.h>
91 #endif
92
93 static void     cpu_reset_real (void);
94 #ifdef SMP
95 static void     cpu_reset_proxy (void);
96 static u_int    cpu_reset_proxyid;
97 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
98 #endif
99 extern int      _ucodesel, _udatasel;
100
101 /*
102  * quick version of vm_fault
103  */
104 int
105 vm_fault_quick(v, prot)
106         caddr_t v;
107         int prot;
108 {
109         int r;
110
111         if (prot & VM_PROT_WRITE)
112                 r = subyte(v, fubyte(v));
113         else
114                 r = fubyte(v);
115         return(r);
116 }
117
118 /*
119  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
120  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
121  * ready to run and return to user mode.
122  */
123 void
124 cpu_fork(p1, p2, flags)
125         struct proc *p1, *p2;
126         int flags;
127 {
128         struct pcb *pcb2;
129
130         if ((flags & RFPROC) == 0) {
131                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
132                         /* unshare user LDT */
133                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
134                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
135                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
136                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
137                                 user_ldt_free(pcb1);
138                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
139                                 set_user_ldt(pcb1);
140                         }
141                 }
142                 return;
143         }
144
145 #if NNPX > 0
146         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
147         if (mdcpu->gd_npxthread == p1->p_thread)
148                 npxsave(&p1->p_thread->td_pcb->pcb_save);
149 #endif
150
151         /* Copy p1's pcb. */
152         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
153         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
154
155         /*
156          * Create a new fresh stack for the new process.
157          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
158          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
159          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
160          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
161          *
162          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
163          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
164          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
165          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
166          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
167          *
168          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
169          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
170          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
171          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
172          * all the extra crap we are setting up.
173          */
174         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
175         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
176
177         /*
178          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
179          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
180          */
181         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
182         pcb2->pcb_edi = 0;
183         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
184         pcb2->pcb_ebp = 0;
185         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
186         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
187         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
188         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
189         *(u_int32_t *)p2->p_thread->td_sp = PSL_USER;
190         p2->p_thread->td_sp -= sizeof(void *);
191         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
192         /*
193          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
194          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
195          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
196          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
197          */
198
199         /*
200          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
201          */
202         pcb2->pcb_ext = 0;
203
204         /* Copy the LDT, if necessary. */
205         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
206                 if (flags & RFMEM) {
207                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
208                 } else {
209                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
210                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
211                 }
212         }
213
214         /*
215          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
216          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
217          * containing the return address when exiting cpu_switch.
218          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
219          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
220          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
221          * the return to user-mode.
222          */
223 }
224
225 /*
226  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
227  * been scheduled yet.
228  *
229  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
230  */
231 void
232 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
233         struct proc *p;
234         void (*func) (void *);
235         void *arg;
236 {
237         /*
238          * Note that the trap frame follows the args, so the function
239          * is really called like this:  func(arg, frame);
240          */
241         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
242         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
243 }
244
245 void
246 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
247 {
248         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
249         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
250         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
251         td->td_sp -= sizeof(void *);
252         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
253         td->td_sp -= sizeof(void *);
254         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
255 }
256
257 void
258 cpu_proc_exit(void)
259 {
260         struct thread *td = curthread;
261         struct pcb *pcb;
262
263
264 #if NNPX > 0
265         KKASSERT(td->td_proc);
266         npxexit(td->td_proc);
267 #endif  /* NNPX */
268
269         /*
270          * Cleanup the PCB
271          */
272         pcb = td->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         user_ldt_free(pcb);
283         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
284                 /*
285                  * disable all hardware breakpoints
286                  */
287                 reset_dbregs();
288                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
289         }
290         mycpu->gd_cnt.v_swtch++;
291
292         crit_enter();
293         lwkt_deschedule_self();
294         cpu_thread_exit();
295 }
296
297 /*
298  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
299  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
300  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
301  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
302  * out the stack.
303  *
304  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
305  */
306 void
307 cpu_thread_exit(void)
308 {
309         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
310         lwkt_switch();
311         panic("cpu_exit");
312 }
313
314 /*
315  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
316  * rwlock and removed it from the reap list.
317  */
318 void
319 cpu_proc_wait(struct proc *p)
320 {
321         struct thread *td;
322
323         /* drop per-process resources */
324         td = pmap_dispose_proc(p);
325         if (td)
326                 lwkt_free_thread(td);
327 }
328
329 /*
330  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
331  */
332 int
333 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
334 {
335         struct proc *p = td->td_proc;
336         int error;
337         caddr_t tempuser;
338
339         KKASSERT(p);
340         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
341         if (!tempuser)
342                 return EINVAL;
343         
344         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
345         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
346         bcopy(p->p_md.md_regs,
347               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
348               sizeof(struct trapframe));
349         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
350
351         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
352                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
353
354         free(tempuser, M_TEMP);
355         
356         return error;
357 }
358
359 #ifdef notyet
360 static void
361 setredzone(pte, vaddr)
362         u_short *pte;
363         caddr_t vaddr;
364 {
365 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
366    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
367    this means though that protection violations need to be handled
368    thru a double fault exception that must do an integral task
369    switch to a known good context, within which a dump can be
370    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
371    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
372    and take the dump while still in mapped mode */
373 }
374 #endif
375
376 /*
377  * Convert kernel VA to physical address
378  */
379 vm_paddr_t
380 kvtop(void *addr)
381 {
382         vm_paddr_t pa;
383
384         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
385         if (pa == 0)
386                 panic("kvtop: zero page frame");
387         return (pa);
388 }
389
390 /*
391  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
392  */
393
394 #ifdef SMP
395 static void
396 cpu_reset_proxy()
397 {
398         u_int saved_mp_lock;
399
400         cpu_reset_proxy_active = 1;
401         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
402                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
403         saved_mp_lock = mp_lock;
404         mp_lock = 0;    /* BSP */
405         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
406         cpu_reset_proxy_active = 3;
407         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
408                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
409         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
410         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
411         DELAY(1000000);
412         cpu_reset_real();
413 }
414 #endif
415
416 void
417 cpu_reset()
418 {
419 #ifdef SMP
420         if (smp_active_mask == 1) {
421                 cpu_reset_real();
422                 /* NOTREACHED */
423         } else {
424                 u_int map;
425                 int cnt;
426                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
427
428                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
429
430                 if (map != 0) {
431                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
432                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
433                 }
434
435                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
436                         DELAY(1000000);
437                         cpu_reset_real();
438                         /* NOTREACHED */
439                 } else {
440                         /* We are not BSP (CPU #0) */
441
442                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
443                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
444                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
445                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
446
447                         cnt = 0;
448                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
449                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
450                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
451                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
452                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
453                         cpu_reset_proxy_active = 2;
454                         cnt = 0;
455                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
456                                 cnt++;  /* Do nothing */
457                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
458                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
459                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
460                         }
461                         cpu_reset_proxy_active = 4;
462                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
463                         while (1);
464                         /* NOTREACHED */
465                 }
466         }
467 #else
468         cpu_reset_real();
469 #endif
470 }
471
472 static void
473 cpu_reset_real()
474 {
475
476 #ifdef PC98
477         /*
478          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
479          */
480         cpu_disable_intr();
481         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
482                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
483                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
484         }
485         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
486 #else
487         /*
488          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
489          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
490          * to do the reset here would then end up in no man's land.
491          */
492
493 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
494         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
495         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
496         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
497         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
498 #endif
499 #endif /* PC98 */
500         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
501         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
502
503         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
504         cpu_invltlb();
505         /* NOTREACHED */
506         while(1);
507 }
508
509 int
510 grow_stack(p, sp)
511         struct proc *p;
512         u_int sp;
513 {
514         int rv;
515
516         rv = vm_map_growstack (p, sp);
517         if (rv != KERN_SUCCESS)
518                 return (0);
519
520         return (1);
521 }
522
523 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
524
525 static int cnt_prezero;
526
527 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
528         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
529
530 /*
531  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
532  * This routine is called from the idle loop.
533  */
534
535 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
536 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
537
538 int
539 vm_page_zero_idle()
540 {
541         static int free_rover;
542         static int zero_state;
543         vm_page_t m;
544         int s;
545
546         /*
547          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
548          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
549          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
550          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
551          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
552          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
553          */
554
555         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(vmstats.v_free_count))
556                 return(0);
557         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
558                 return(0);
559
560 #ifdef SMP
561         if (try_mplock()) {
562 #endif
563                 s = splvm();
564                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
565                 zero_state = 0;
566                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
567                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
568                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
569                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
570                         m->queue = PQ_NONE;
571                         splx(s);
572                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
573                         (void)splvm();
574                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
575                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
576                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
577                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
578                             pageq);
579                         ++vm_page_zero_count;
580                         ++cnt_prezero;
581                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
582                                 zero_state = 1;
583                 }
584                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
585                 splx(s);
586                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
587 #ifdef SMP
588                 rel_mplock();
589 #endif
590                 return (1);
591 #ifdef SMP
592         }
593 #endif
594         /*
595          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
596          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
597          * swtch.s
598          */
599         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
600         return (0);
601 }
602
603 static void
604 swi_vm(void *arg)
605 {
606         if (busdma_swi_pending != 0)
607                 busdma_swi();
608 }
609
610 static void
611 swi_vm_setup(void *arg)
612 {
613         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm");
614 }
615
616 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
617
618
619 /*
620  * Tell whether this address is in some physical memory region.
621  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
622  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
623  * or other unpredictable behaviour.
624  */
625
626 int
627 is_physical_memory(addr)
628         vm_offset_t addr;
629 {
630
631 #if NISA > 0
632         /* The ISA ``memory hole''. */
633         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
634                 return 0;
635 #endif
636
637         /*
638          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
639          * here
640          */
641
642         return 1;
643 }