Split the struct vmmeter cnt structure into a global vmstats structure and
[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 1.16 2003/07/03 17:24:01 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/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 <i386/isa/isa.h>
91 #endif
92
93 static void     cpu_reset_real __P((void));
94 #ifdef SMP
95 static void     cpu_reset_proxy __P((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         register struct proc *p1, *p2;
126         int flags;
127 {
128         struct pcb *pcb2;
129
130         if ((flags & RFPROC) == 0) {
131 #ifdef USER_LDT
132                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
133                         /* unshare user LDT */
134                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
135                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
136                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
137                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
138                                 user_ldt_free(pcb1);
139                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
140                                 set_user_ldt(pcb1);
141                         }
142                 }
143 #endif
144                 return;
145         }
146
147 #if NNPX > 0
148         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
149         if (npxthread == p1->p_thread)
150                 npxsave(&p1->p_thread->td_pcb->pcb_save);
151 #endif
152
153         /* Copy p1's pcb. */
154         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
155         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
156
157         /*
158          * Create a new fresh stack for the new process.
159          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
160          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
161          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
162          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
163          *
164          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
165          * the trap frame which will be restored by cpu_restore, and the
166          * thread's td_sp pointer must allocate an additonal call-return
167          * pointer below the pcb_esp call-return pointer to hold the LWKT
168          * restore function pointer.
169          *
170          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
171          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
172          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
173          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
174          * all the extra crap we are setting up.
175          */
176         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
177         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
178
179         /*
180          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
181          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
182          */
183         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
184         pcb2->pcb_edi = 0;
185         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
186         pcb2->pcb_ebp = 0;
187         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
188         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
189         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
190         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - 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 #ifdef SMP
200         pcb2->pcb_mpnest = 1;
201 #endif
202         /*
203          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
204          */
205         pcb2->pcb_ext = 0;
206
207 #ifdef USER_LDT
208         /* Copy the LDT, if necessary. */
209         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
210                 if (flags & RFMEM) {
211                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
212                 } else {
213                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
214                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
215                 }
216         }
217 #endif
218
219         /*
220          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
221          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
222          * containing the return address when exiting cpu_switch.
223          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
224          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
225          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
226          * the return to user-mode.
227          */
228 }
229
230 /*
231  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
232  * been scheduled yet.
233  *
234  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
235  */
236 void
237 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
238         struct proc *p;
239         void (*func) __P((void *));
240         void *arg;
241 {
242         /*
243          * Note that the trap frame follows the args, so the function
244          * is really called like this:  func(arg, frame);
245          */
246         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
247         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
248 }
249
250 void
251 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
252 {
253         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
254         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
255         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
256         td->td_sp -= sizeof(void *);
257         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
258         td->td_sp -= sizeof(void *);
259         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
260 }
261
262 void
263 cpu_proc_exit(void)
264 {
265         struct thread *td = curthread;
266         struct pcb *pcb;
267
268
269 #if NNPX > 0
270         KKASSERT(td->td_proc);
271         npxexit(td->td_proc);
272 #endif  /* NNPX */
273
274         /*
275          * Cleanup the PCB
276          */
277         pcb = td->td_pcb;
278         if (pcb->pcb_ext != 0) {
279                 /* 
280                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages 
281                  * before freeing them?  (not done here)
282                  */
283                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
284                     ctob(IOPAGES + 1));
285                 pcb->pcb_ext = 0;
286         }
287 #ifdef USER_LDT
288         user_ldt_free(pcb);
289 #endif
290         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
291                 /*
292                  * disable all hardware breakpoints
293                  */
294                 reset_dbregs();
295                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
296         }
297         mycpu->gd_cnt.v_swtch++;
298
299         crit_enter();
300         lwkt_deschedule_self();
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         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
317         lwkt_switch();
318         panic("cpu_exit");
319 }
320
321 /*
322  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
323  * rwlock and removed it from the reap list.
324  */
325 void
326 cpu_proc_wait(struct proc *p)
327 {
328         struct thread *td;
329
330         /* drop per-process resources */
331         td = pmap_dispose_proc(p);
332         if (td)
333                 lwkt_free_thread(td);
334 }
335
336 /*
337  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
338  */
339 int
340 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
341 {
342         struct proc *p = td->td_proc;
343         int error;
344         caddr_t tempuser;
345
346         KKASSERT(p);
347         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
348         if (!tempuser)
349                 return EINVAL;
350         
351         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
352         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
353         bcopy(p->p_md.md_regs,
354               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
355               sizeof(struct trapframe));
356         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
357
358         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
359                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
360
361         free(tempuser, M_TEMP);
362         
363         return error;
364 }
365
366 #ifdef notyet
367 static void
368 setredzone(pte, vaddr)
369         u_short *pte;
370         caddr_t vaddr;
371 {
372 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
373    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
374    this means though that protection violations need to be handled
375    thru a double fault exception that must do an integral task
376    switch to a known good context, within which a dump can be
377    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
378    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
379    and take the dump while still in mapped mode */
380 }
381 #endif
382
383 /*
384  * Convert kernel VA to physical address
385  */
386 u_long
387 kvtop(void *addr)
388 {
389         vm_offset_t va;
390
391         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
392         if (va == 0)
393                 panic("kvtop: zero page frame");
394         return((int)va);
395 }
396
397 /*
398  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
399  */
400
401 #ifdef SMP
402 static void
403 cpu_reset_proxy()
404 {
405         u_int saved_mp_lock;
406
407         cpu_reset_proxy_active = 1;
408         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
409                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
410         saved_mp_lock = mp_lock;
411         mp_lock = 1;
412         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
413         cpu_reset_proxy_active = 3;
414         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
415                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
416         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
417         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
418         DELAY(1000000);
419         cpu_reset_real();
420 }
421 #endif
422
423 void
424 cpu_reset()
425 {
426 #ifdef SMP
427         if (smp_active == 0) {
428                 cpu_reset_real();
429                 /* NOTREACHED */
430         } else {
431
432                 u_int map;
433                 int cnt;
434                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
435
436                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
437
438                 if (map != 0) {
439                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
440                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
441                 }
442
443                 if (cpuid == 0) {
444                         DELAY(1000000);
445                         cpu_reset_real();
446                         /* NOTREACHED */
447                 } else {
448                         /* We are not BSP (CPU #0) */
449
450                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
451                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
452                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
453                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
454
455                         cnt = 0;
456                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
457                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
458                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
459                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
460                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
461                         cpu_reset_proxy_active = 2;
462                         cnt = 0;
463                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
464                                 cnt++;  /* Do nothing */
465                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
466                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
467                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
468                         }
469                         cpu_reset_proxy_active = 4;
470                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
471                         while (1);
472                         /* NOTREACHED */
473                 }
474         }
475 #else
476         cpu_reset_real();
477 #endif
478 }
479
480 static void
481 cpu_reset_real()
482 {
483
484 #ifdef PC98
485         /*
486          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
487          */
488         disable_intr();
489         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
490                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
491                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
492         }
493         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
494 #else
495         /*
496          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
497          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
498          * to do the reset here would then end up in no man's land.
499          */
500
501 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
502         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
503         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
504         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
505         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
506 #endif
507 #endif /* PC98 */
508         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
509         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
510
511         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
512         invltlb();
513         /* NOTREACHED */
514         while(1);
515 }
516
517 int
518 grow_stack(p, sp)
519         struct proc *p;
520         u_int sp;
521 {
522         int rv;
523
524         rv = vm_map_growstack (p, sp);
525         if (rv != KERN_SUCCESS)
526                 return (0);
527
528         return (1);
529 }
530
531 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
532
533 static int cnt_prezero;
534
535 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
536         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
537
538 /*
539  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
540  * This routine is called from the idle loop.
541  */
542
543 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
544 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
545
546 int
547 vm_page_zero_idle()
548 {
549         static int free_rover;
550         static int zero_state;
551         vm_page_t m;
552         int s;
553
554         /*
555          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
556          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
557          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
558          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
559          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
560          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
561          */
562
563         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(vmstats.v_free_count))
564                 return(0);
565         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
566                 return(0);
567
568 #ifdef SMP
569         if (try_mplock()) {
570 #endif
571                 s = splvm();
572                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
573                 zero_state = 0;
574                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
575                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
576                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
577                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
578                         m->queue = PQ_NONE;
579                         splx(s);
580                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
581                         (void)splvm();
582                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
583                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
584                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
585                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
586                             pageq);
587                         ++vm_page_zero_count;
588                         ++cnt_prezero;
589                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
590                                 zero_state = 1;
591                 }
592                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
593                 splx(s);
594                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
595 #ifdef SMP
596                 rel_mplock();
597 #endif
598                 return (1);
599 #ifdef SMP
600         }
601 #endif
602         /*
603          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
604          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
605          * swtch.s
606          */
607         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
608         return (0);
609 }
610
611 static void
612 swi_vm(void *arg)
613 {
614         if (busdma_swi_pending != 0)
615                 busdma_swi();
616 }
617
618 static void
619 swi_vm_setup(void *arg)
620 {
621         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm");
622 }
623
624 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
625
626
627 /*
628  * Tell whether this address is in some physical memory region.
629  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
630  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
631  * or other unpredictable behaviour.
632  */
633
634 #include "isa.h"
635
636 int
637 is_physical_memory(addr)
638         vm_offset_t addr;
639 {
640
641 #if NISA > 0
642         /* The ISA ``memory hole''. */
643         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
644                 return 0;
645 #endif
646
647         /*
648          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
649          * here
650          */
651
652         return 1;
653 }