sys/platform/vkernel64/x86_64/mp.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2007 The DragonFly Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * This code is derived from software contributed to The DragonFly Project
   5  * by Matthew Dillon <dillon@backplane.com>
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  *
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  15  *    the documentation and/or other materials provided with the
  16  *    distribution.
  17  * 3. Neither the name of The DragonFly Project nor the names of its
  18  *    contributors may be used to endorse or promote products derived
  19  *    from this software without specific, prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  22  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  23  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
  24  * FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE
  25  * COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  26  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING,
  27  * BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  28  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED
  29  * AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY,
  30  * OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT
  31  * OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  */
  34
  35
  36 #include <sys/interrupt.h>
  37 #include <sys/kernel.h>
  38 #include <sys/memrange.h>
  39 #include <sys/tls.h>
  40 #include <sys/types.h>
  41 #include <sys/vmm.h>
  42
  43 #include <vm/vm_extern.h>
  44 #include <vm/vm_kern.h>
  45 #include <vm/vm_object.h>
  46 #include <vm/vm_page.h>
  47
  48 #include <sys/mplock2.h>
  49
  50 #include <machine/cpu.h>
  51 #include <machine/cpufunc.h>
  52 #include <machine/globaldata.h>
  53 #include <machine/md_var.h>
  54 #include <machine/pmap.h>
  55 #include <machine/smp.h>
  56 #include <machine/tls.h>
  57 #include <machine/param.h>
  58
  59 #include <unistd.h>
  60 #include <pthread.h>
  61 #include <signal.h>
  62 #include <stdio.h>
  63
  64 extern pt_entry_t *KPTphys;
  65
  66 extern int vmm_enabled;
  67
  68 volatile cpumask_t stopped_cpus;
  69 /* which cpus are ready for IPIs etc? */
  70 cpumask_t       smp_active_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
  71 static int      boot_address;
  72 /* which cpus have been started */
  73 static cpumask_t smp_startup_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
  74 static int  mp_finish;
  75
  76 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
  77 static int core_bits = 0;
  78 static int logical_CPU_bits = 0;
  79
  80 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
  81 void bootstrap_idle(void);
  82 void single_cpu_ipi(int, int, int);
  83 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
  84 #if 0
  85 void ipi_handler(int);
  86 #endif
  87
  88 pt_entry_t *SMPpt;
  89
  90 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  91 char *bootSTK;
  92 static int bootAP;
  93
  94
  95 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
  96 static int start_all_aps(u_int);
  97 void init_secondary(void);
  98 void *start_ap(void *);
  99
 100 /*
 101  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
 102  */
 103 static
 104 void
 105 ap_finish(void)
 106 {
 107         mp_finish = 1;
 108         if (bootverbose)
 109                 kprintf("Finish MP startup\n");
 110
 111         /* build our map of 'other' CPUs */
 112         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 113         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 114
 115         /*
 116          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 117          * of 'other' CPUs.
 118          */
 119         rel_mplock();
 120         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask,smp_startup_mask)) {
 121                 DELAY(100000);
 122                 cpu_lfence();
 123         }
 124
 125         while (try_mplock() == 0)
 126                 DELAY(100000);
 127         if (bootverbose)
 128                 kprintf("Active CPU Mask: %08lx\n",
 129                         (long)CPUMASK_LOWMASK(smp_active_mask));
 130 }
 131
 132 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
 133
 134 void *
 135 start_ap(void *arg __unused)
 136 {
 137         init_secondary();
 138         setrealcpu();
 139         bootstrap_idle();
 140
 141         return(NULL); /* NOTREACHED */
 142 }
 143
 144 /* storage for AP thread IDs */
 145 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 146
 147 int naps;
 148
 149 void
 150 mp_start(void)
 151 {
 152         size_t ipiq_size;
 153         int shift;
 154
 155         ncpus = optcpus;
 156         naps = ncpus - 1;
 157
 158         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 159                 ;
 160         --shift;
 161
 162         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 163         if ((1 << shift) < ncpus)
 164                 ++shift;
 165         ncpus_fit = 1 << shift;
 166         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 167
 168         /*
 169          * cpu0 initialization
 170          */
 171         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
 172         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
 173                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
 174         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
 175
 176         /* initialize arc4random. */
 177         arc4_init_pcpu(0);
 178
 179         /*
 180          * cpu 1-(n-1)
 181          */
 182         start_all_aps(boot_address);
 183
 184 }
 185
 186 void
 187 mp_announce(void)
 188 {
 189         int x;
 190
 191         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 192         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 193
 194         for (x = 1; x <= naps; ++x)
 195                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 196 }
 197
 198 void
 199 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 200 {
 201         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
 202                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 203                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 204         }
 205 #if 0
 206         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 207 #endif
 208 }
 209
 210 void
 211 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 212 {
 213         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 214 }
 215
 216 void
 217 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 218 {
 219         crit_enter();
 220         while (CPUMASK_TESTNZERO(target)) {
 221                 int n = BSFCPUMASK(target);
 222                 CPUMASK_NANDBIT(target, n);
 223                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 224         }
 225         crit_exit();
 226 }
 227
 228 int
 229 stop_cpus(cpumask_t map)
 230 {
 231         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 232
 233         crit_enter();
 234         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 235                 int n = BSFCPUMASK(map);
 236                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 237                 ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(stopped_cpus, n);
 238                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 239                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 240         }
 241         crit_exit();
 242 #if 0
 243         panic("XXX stop_cpus()");
 244 #endif
 245
 246         return(1);
 247 }
 248
 249 int
 250 restart_cpus(cpumask_t map)
 251 {
 252         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 253
 254         crit_enter();
 255         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 256                 int n = BSFCPUMASK(map);
 257                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 258                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(stopped_cpus, n);
 259                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 260                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 261         }
 262         crit_exit();
 263 #if 0
 264         panic("XXX restart_cpus()");
 265 #endif
 266
 267         return(1);
 268 }
 269 void
 270 ap_init(void)
 271 {
 272         /*
 273          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 274          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 275          * is waiting for our signal.
 276          *
 277          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 278          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 279          * trying to send us an IPI.
 280          */
 281         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
 282         cpu_mfence();
 283
 284         /*
 285          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 286          * then get the MP lock.
 287          *
 288          * Note: We are in a critical section.
 289          *
 290          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 291          *
 292          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 293          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 294          * caching it.
 295          */
 296
 297         while (mp_finish == 0) {
 298                 cpu_lfence();
 299                 DELAY(500000);
 300         }
 301         while (try_mplock() == 0)
 302                 DELAY(100000);
 303
 304         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 305         cpu_invltlb();
 306
 307         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 308         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 309         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 310
 311         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 312
 313
 314         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 315         mem_range_AP_init();
 316         /*
 317          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 318          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 319          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 320          * message interlock could be left set which would also prevent
 321          * further IPIs.
 322          *
 323          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 324          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 325          * because we returning almost directly into the idle loop.
 326          *
 327          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 328          * nothing we've done put it there.
 329          */
 330         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
 331         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
 332
 333         mdcpu->gd_fpending = 0;
 334         mdcpu->gd_ipending = 0;
 335         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 336
 337         /*
 338          * Since we may have cleaned up the interrupt triggers, manually
 339          * process any pending IPIs before exiting our critical section.
 340          * Once the critical section has exited, normal interrupt processing
 341          * may occur.
 342          */
 343         atomic_swap_int(&mycpu->gd_npoll, 0);
 344         lwkt_process_ipiq();
 345
 346         /*
 347          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 348          */
 349         rel_mplock();
 350         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 351 }
 352
 353 void
 354 init_secondary(void)
 355 {
 356         int     myid = bootAP;
 357         struct mdglobaldata *md;
 358         struct privatespace *ps;
 359
 360         ps = &CPU_prvspace[myid];
 361
 362         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 363
 364         /*
 365          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 366          * point.  Note that %fs is used by pthreads.
 367          */
 368         tls_set_gs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 369
 370         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 371
 372         /* JG */
 373         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
 374         //md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 375         //md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 376
 377         /*
 378          * Set to a known state:
 379          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 380          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 381          */
 382 }
 383
 384 static int
 385 start_all_aps(u_int boot_addr)
 386 {
 387         int x, i;
 388         struct mdglobaldata *gd;
 389         struct privatespace *ps;
 390         vm_page_t m;
 391         vm_offset_t va;
 392         void *stack;
 393         pthread_attr_t attr;
 394         size_t ipiq_size;
 395 #if 0
 396         struct lwp_params params;
 397 #endif
 398
 399         /*
 400          * needed for ipis to initial thread
 401          * FIXME: rename ap_tids?
 402          */
 403         ap_tids[0] = pthread_self();
 404         pthread_attr_init(&attr);
 405
 406         vm_object_hold(&kernel_object);
 407         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
 408                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 409                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 410                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 411                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 412                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 413                 }
 414
 415                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 416                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 417                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 418                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 419                 }
 420
 421                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 422                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 423                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 424
 425                 /* prime data page for it to use */
 426                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 427                 cpu_gdinit(gd, x);
 428
 429 #if 0
 430                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 431                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 432                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 433                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 434                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 435                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 436                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 437                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 438 #endif
 439
 440                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (naps + 1);
 441                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
 442                                                     VM_SUBSYS_IPIQ);
 443                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
 444
 445                 /* initialize arc4random. */
 446                 arc4_init_pcpu(x);
 447
 448                 /*
 449                  * Setup the AP boot stack
 450                  */
 451                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 452                 bootAP = x;
 453
 454                 /*
 455                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 456                  *
 457                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 458                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 459                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 460                  * have already been enabled.
 461                  */
 462                 cpu_disable_intr();
 463
 464                 if (vmm_enabled) {
 465                         stack = mmap(NULL, KERNEL_STACK_SIZE,
 466                                      PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
 467                                      MAP_ANON, -1, 0);
 468                         if (stack == MAP_FAILED) {
 469                                 panic("Unable to allocate stack for thread %d\n", x);
 470                         }
 471                         pthread_attr_setstack(&attr, stack, KERNEL_STACK_SIZE);
 472                 }
 473
 474                 pthread_create(&ap_tids[x], &attr, start_ap, NULL);
 475                 cpu_enable_intr();
 476
 477                 while (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, x) == 0) {
 478                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 479                         DELAY(1000);
 480                 }
 481         }
 482         vm_object_drop(&kernel_object);
 483         pthread_attr_destroy(&attr);
 484
 485         return(ncpus - 1);
 486 }
 487
 488 /*
 489  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
 490  */
 491 void
 492 detect_cpu_topology(void)
 493 {
 494         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
 495         core_bits = vkernel_B_arg;
 496 }
 497
 498 int
 499 get_chip_ID(int cpuid)
 500 {
 501         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
 502             (logical_CPU_bits + core_bits);
 503 }
 504
 505 int
 506 get_chip_ID_from_APICID(int apicid)
 507 {
 508         return apicid >> (logical_CPU_bits + core_bits);
 509 }
 510
 511 int
 512 get_core_number_within_chip(int cpuid)
 513 {
 514         return ((get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
 515                 ((1 << core_bits) - 1));
 516 }
 517
 518 int
 519 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
 520 {
 521         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
 522                 ((1 << logical_CPU_bits) - 1));
 523 }