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 1.2 2003/06/17 04:28:35 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
  83 #ifdef PC98
  84 #include <pc98/pc98/pc98.h>
  85 #else
  86 #include <i386/isa/isa.h>
  87 #endif
  88
  89 static void     cpu_reset_real __P((void));
  90 #ifdef SMP
  91 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
  92 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  93 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  94 #endif
  95 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  96
  97 /*
  98  * quick version of vm_fault
  99  */
 100 int
 101 vm_fault_quick(v, prot)
 102         caddr_t v;
 103         int prot;
 104 {
 105         int r;
 106
 107         if (prot & VM_PROT_WRITE)
 108                 r = subyte(v, fubyte(v));
 109         else
 110                 r = fubyte(v);
 111         return(r);
 112 }
 113
 114 /*
 115  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
 116  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 117  * ready to run and return to user mode.
 118  */
 119 void
 120 cpu_fork(p1, p2, flags)
 121         register struct proc *p1, *p2;
 122         int flags;
 123 {
 124         struct pcb *pcb2;
 125
 126         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 127 #ifdef USER_LDT
 128                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 129                         /* unshare user LDT */
 130                         struct pcb *pcb1 = &p1->p_addr->u_pcb;
 131                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 132                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 133                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 134                                 user_ldt_free(pcb1);
 135                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 136                                 set_user_ldt(pcb1);
 137                         }
 138                 }
 139 #endif
 140                 return;
 141         }
 142
 143 #if NNPX > 0
 144         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 145         if (npxproc == p1)
 146                 npxsave(&p1->p_addr->u_pcb.pcb_save);
 147 #endif
 148
 149         /* Copy p1's pcb. */
 150         p2->p_addr->u_pcb = p1->p_addr->u_pcb;
 151         pcb2 = &p2->p_addr->u_pcb;
 152
 153         /*
 154          * Create a new fresh stack for the new process.
 155          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 156          * syscall.  This copies the user mode register values.
 157          */
 158         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)
 159                            ((int)p2->p_addr + UPAGES * PAGE_SIZE - 16) - 1;
 160         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
 161
 162         /*
 163          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 164          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 165          */
 166         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
 167         pcb2->pcb_edi = 0;
 168         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 169         pcb2->pcb_ebp = 0;
 170         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
 171         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
 172         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 173         /*
 174          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 175          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 176          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 177          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 178          */
 179
 180 #ifdef SMP
 181         pcb2->pcb_mpnest = 1;
 182 #endif
 183         /*
 184          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 185          */
 186         pcb2->pcb_ext = 0;
 187
 188 #ifdef USER_LDT
 189         /* Copy the LDT, if necessary. */
 190         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 191                 if (flags & RFMEM) {
 192                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 193                 } else {
 194                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 195                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 196                 }
 197         }
 198 #endif
 199
 200         /*
 201          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 202          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 203          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 204          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 205          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 206          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 207          * the return to user-mode.
 208          */
 209 }
 210
 211 /*
 212  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 213  * been scheduled yet.
 214  *
 215  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 216  */
 217 void
 218 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 219         struct proc *p;
 220         void (*func) __P((void *));
 221         void *arg;
 222 {
 223         /*
 224          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 225          * is really called like this:  func(arg, frame);
 226          */
 227         p->p_addr->u_pcb.pcb_esi = (int) func;  /* function */
 228         p->p_addr->u_pcb.pcb_ebx = (int) arg;   /* first arg */
 229 }
 230
 231 void
 232 cpu_exit(p)
 233         register struct proc *p;
 234 {
 235         struct pcb *pcb = &p->p_addr->u_pcb;
 236
 237 #if NNPX > 0
 238         npxexit(p);
 239 #endif  /* NNPX */
 240         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 241                 /*
 242                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 243                  * before freeing them?  (not done here)
 244                  */
 245                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 246                     ctob(IOPAGES + 1));
 247                 pcb->pcb_ext = 0;
 248         }
 249 #ifdef USER_LDT
 250         user_ldt_free(pcb);
 251 #endif
 252         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 253                 /*
 254                  * disable all hardware breakpoints
 255                  */
 256                 reset_dbregs();
 257                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 258         }
 259         cnt.v_swtch++;
 260         cpu_switch(p);
 261         panic("cpu_exit");
 262 }
 263
 264 void
 265 cpu_wait(p)
 266         struct proc *p;
 267 {
 268         /* drop per-process resources */
 269         pmap_dispose_proc(p);
 270 }
 271
 272 /*
 273  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 274  */
 275 int
 276 cpu_coredump(p, vp, cred)
 277         struct proc *p;
 278         struct vnode *vp;
 279         struct ucred *cred;
 280 {
 281         int error;
 282         caddr_t tempuser;
 283
 284         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 285         if (!tempuser)
 286                 return EINVAL;
 287
 288         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 289         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 290         bcopy(p->p_md.md_regs,
 291               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 292               sizeof(struct trapframe));
 293
 294         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
 295                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, p);
 296
 297         free(tempuser, M_TEMP);
 298
 299         return error;
 300 }
 301
 302 #ifdef notyet
 303 static void
 304 setredzone(pte, vaddr)
 305         u_short *pte;
 306         caddr_t vaddr;
 307 {
 308 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 309    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 310    this means though that protection violations need to be handled
 311    thru a double fault exception that must do an integral task
 312    switch to a known good context, within which a dump can be
 313    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 314    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 315    and take the dump while still in mapped mode */
 316 }
 317 #endif
 318
 319 /*
 320  * Convert kernel VA to physical address
 321  */
 322 u_long
 323 kvtop(void *addr)
 324 {
 325         vm_offset_t va;
 326
 327         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 328         if (va == 0)
 329                 panic("kvtop: zero page frame");
 330         return((int)va);
 331 }
 332
 333 /*
 334  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 335  */
 336
 337 #ifdef SMP
 338 static void
 339 cpu_reset_proxy()
 340 {
 341         u_int saved_mp_lock;
 342
 343         cpu_reset_proxy_active = 1;
 344         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 345                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 346         saved_mp_lock = mp_lock;
 347         mp_lock = 1;
 348         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 349         cpu_reset_proxy_active = 3;
 350         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 351                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 352         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 353         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 354         DELAY(1000000);
 355         cpu_reset_real();
 356 }
 357 #endif
 358
 359 void
 360 cpu_reset()
 361 {
 362 #ifdef SMP
 363         if (smp_active == 0) {
 364                 cpu_reset_real();
 365                 /* NOTREACHED */
 366         } else {
 367
 368                 u_int map;
 369                 int cnt;
 370                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
 371
 372                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
 373
 374                 if (map != 0) {
 375                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 376                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 377                 }
 378
 379                 if (cpuid == 0) {
 380                         DELAY(1000000);
 381                         cpu_reset_real();
 382                         /* NOTREACHED */
 383                 } else {
 384                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 385
 386                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
 387                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 388                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 389                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 390
 391                         cnt = 0;
 392                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 393                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 394                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 395                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 396                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 397                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 398                         cnt = 0;
 399                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 400                                 cnt++;  /* Do nothing */
 401                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 402                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 403                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 404                         }
 405                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 406                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 407                         while (1);
 408                         /* NOTREACHED */
 409                 }
 410         }
 411 #else
 412         cpu_reset_real();
 413 #endif
 414 }
 415
 416 static void
 417 cpu_reset_real()
 418 {
 419
 420 #ifdef PC98
 421         /*
 422          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
 423          */
 424         disable_intr();
 425         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
 426                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
 427                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
 428         }
 429         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
 430 #else
 431         /*
 432          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 433          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 434          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 435          */
 436
 437 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 438         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 439         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 440         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 441         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 442 #endif
 443 #endif /* PC98 */
 444         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 445         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 446
 447         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 448         invltlb();
 449         /* NOTREACHED */
 450         while(1);
 451 }
 452
 453 int
 454 grow_stack(p, sp)
 455         struct proc *p;
 456         u_int sp;
 457 {
 458         int rv;
 459
 460         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 461         if (rv != KERN_SUCCESS)
 462                 return (0);
 463
 464         return (1);
 465 }
 466
 467 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 468
 469 static int cnt_prezero;
 470
 471 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 472         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 473
 474 /*
 475  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 476  * This routine is called from the idle loop.
 477  */
 478
 479 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 480 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 481
 482 int
 483 vm_page_zero_idle()
 484 {
 485         static int free_rover;
 486         static int zero_state;
 487         vm_page_t m;
 488         int s;
 489
 490         /*
 491          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 492          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 493          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 494          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 495          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 496          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 497          */
 498
 499         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
 500                 return(0);
 501         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 502                 return(0);
 503
 504 #ifdef SMP
 505         if (try_mplock()) {
 506 #endif
 507                 s = splvm();
 508                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 509                 zero_state = 0;
 510                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 511                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 512                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 513                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 514                         m->queue = PQ_NONE;
 515                         splx(s);
 516                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 517                         (void)splvm();
 518                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 519                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 520                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 521                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 522                             pageq);
 523                         ++vm_page_zero_count;
 524                         ++cnt_prezero;
 525                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 526                                 zero_state = 1;
 527                 }
 528                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 529                 splx(s);
 530                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 531 #ifdef SMP
 532                 rel_mplock();
 533 #endif
 534                 return (1);
 535 #ifdef SMP
 536         }
 537 #endif
 538         /*
 539          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
 540          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in
 541          * swtch.s
 542          */
 543         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
 544         return (0);
 545 }
 546
 547 /*
 548  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 549  */
 550 void
 551 swi_vm()
 552 {
 553         if (busdma_swi_pending != 0)
 554                 busdma_swi();
 555 }
 556
 557 /*
 558  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 559  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 560  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 561  * or other unpredictable behaviour.
 562  */
 563
 564 #include "isa.h"
 565
 566 int
 567 is_physical_memory(addr)
 568         vm_offset_t addr;
 569 {
 570
 571 #if NISA > 0
 572         /* The ISA ``memory hole''. */
 573         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 574                 return 0;
 575 #endif
 576
 577         /*
 578          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 579          * here
 580          */
 581
 582         return 1;
 583 }