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 1.61 2008/08/02 01:14:43 dillon Exp $
  43  */
  44
  45 #include "use_npx.h"
  46 #include "use_isa.h"
  47 #include "opt_reset.h"
  48
  49 #include <sys/param.h>
  50 #include <sys/systm.h>
  51 #include <sys/malloc.h>
  52 #include <sys/proc.h>
  53 #include <sys/buf.h>
  54 #include <sys/interrupt.h>
  55 #include <sys/vnode.h>
  56 #include <sys/vmmeter.h>
  57 #include <sys/kernel.h>
  58 #include <sys/sysctl.h>
  59 #include <sys/unistd.h>
  60
  61 #include <machine/clock.h>
  62 #include <machine/cpu.h>
  63 #include <machine/md_var.h>
  64 #include <machine/smp.h>
  65 #include <machine/pcb.h>
  66 #include <machine/pcb_ext.h>
  67 #include <machine/vm86.h>
  68 #include <machine/segments.h>
  69 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
  70
  71 #include <vm/vm.h>
  72 #include <vm/vm_param.h>
  73 #include <sys/lock.h>
  74 #include <vm/vm_kern.h>
  75 #include <vm/vm_page.h>
  76 #include <vm/vm_map.h>
  77 #include <vm/vm_extern.h>
  78
  79 #include <sys/user.h>
  80
  81 #include <sys/thread2.h>
  82 #include <sys/mplock2.h>
  83
  84 #include <bus/isa/isa.h>
  85
  86 static void     cpu_reset_real (void);
  87 #ifdef SMP
  88 static void     cpu_reset_proxy (void);
  89 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  90 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  91 #endif
  92 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  93
  94
  95 /*
  96  * Finish a fork operation, with lwp lp2 nearly set up.
  97  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
  98  * ready to run and return to user mode.
  99  */
 100 void
 101 cpu_fork(struct lwp *lp1, struct lwp *lp2, int flags)
 102 {
 103         struct pcb *pcb2;
 104
 105         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 106                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 107                         /* unshare user LDT */
 108                         struct pcb *pcb1 = lp1->lwp_thread->td_pcb;
 109                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 110                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 111                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 112                                 user_ldt_free(pcb1);
 113                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 114                                 set_user_ldt(pcb1);
 115                         }
 116                 }
 117                 return;
 118         }
 119
 120 #if NNPX > 0
 121         /* Ensure that lp1's pcb is up to date. */
 122         if (mdcpu->gd_npxthread == lp1->lwp_thread)
 123                 npxsave(lp1->lwp_thread->td_savefpu);
 124 #endif
 125
 126         /*
 127          * Copy lp1's PCB.  This really only applies to the
 128          * debug registers and FP state, but its faster to just copy the
 129          * whole thing.  Because we only save the PCB at switchout time,
 130          * the register state may not be current.
 131          */
 132         pcb2 = lp2->lwp_thread->td_pcb;
 133         *pcb2 = *lp1->lwp_thread->td_pcb;
 134
 135         /*
 136          * Create a new fresh stack for the new process.
 137          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 138          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
 139          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match
 140          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
 141          *
 142          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
 143          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
 144          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
 145          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
 146          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
 147          *
 148          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
 149          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
 150          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 151          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 152          * all the extra crap we are setting up.
 153          */
 154         lp2->lwp_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
 155         bcopy(lp1->lwp_md.md_regs, lp2->lwp_md.md_regs, sizeof(*lp2->lwp_md.md_regs));
 156
 157         /*
 158          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 159          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 160          */
 161         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(lp2->lwp_proc->p_vmspace)->pm_pdir);
 162         pcb2->pcb_edi = 0;
 163         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 164         pcb2->pcb_ebp = 0;
 165         pcb2->pcb_esp = (int)lp2->lwp_md.md_regs - sizeof(void *);
 166         pcb2->pcb_ebx = (int)lp2;               /* fork_trampoline argument */
 167         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 168         lp2->lwp_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
 169         *(u_int32_t *)lp2->lwp_thread->td_sp = PSL_USER;
 170         lp2->lwp_thread->td_sp -= sizeof(void *);
 171         *(void **)lp2->lwp_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
 172
 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         /*
 181          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 182          */
 183         pcb2->pcb_ext = 0;
 184
 185         /* Copy the LDT, if necessary. */
 186         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 187                 if (flags & RFMEM) {
 188                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 189                 } else {
 190                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 191                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 192                 }
 193         }
 194         bcopy(&lp1->lwp_thread->td_tls, &lp2->lwp_thread->td_tls,
 195               sizeof(lp2->lwp_thread->td_tls));
 196         /*
 197          * Now, cpu_switch() can schedule the new lwp.
 198          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 199          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 200          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 201          * %ebx loaded with the new lwp's pointer.  fork_trampoline()
 202          * will set up a stack to call fork_return(lp, frame); to complete
 203          * the return to user-mode.
 204          */
 205 }
 206
 207 /*
 208  * Prepare new lwp to return to the address specified in params.
 209  */
 210 int
 211 cpu_prepare_lwp(struct lwp *lp, struct lwp_params *params)
 212 {
 213         struct trapframe *regs = lp->lwp_md.md_regs;
 214         void *bad_return = NULL;
 215         int error;
 216
 217         regs->tf_eip = (int)params->func;
 218         regs->tf_esp = (int)params->stack;
 219         /* Set up argument for function call */
 220         regs->tf_esp -= sizeof(params->arg);
 221         error =
 222             copyout(&params->arg, (void *)regs->tf_esp, sizeof(params->arg));
 223         if (error)
 224                 return (error);
 225         /*
 226          * Set up fake return address.  As the lwp function may never return,
 227          * we simply copy out a NULL pointer and force the lwp to receive
 228          * a SIGSEGV if it returns anyways.
 229          */
 230         regs->tf_esp -= sizeof(void *);
 231         error = copyout(&bad_return, (void *)regs->tf_esp, sizeof(bad_return));
 232         if (error)
 233                 return (error);
 234
 235         cpu_set_fork_handler(lp,
 236             (void (*)(void *, struct trapframe *))generic_lwp_return, lp);
 237         return (0);
 238 }
 239
 240 /*
 241  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 242  * been scheduled yet.
 243  *
 244  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 245  */
 246 void
 247 cpu_set_fork_handler(struct lwp *lp, void (*func)(void *, struct trapframe *),
 248                      void *arg)
 249 {
 250         /*
 251          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 252          * is really called like this:  func(arg, frame);
 253          */
 254         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;   /* function */
 255         lp->lwp_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;    /* first arg */
 256 }
 257
 258 void
 259 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 260 {
 261         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
 262         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
 263         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 264         td->td_sp -= sizeof(void *);
 265         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 266         td->td_sp -= sizeof(void *);
 267         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 268 }
 269
 270 void
 271 cpu_lwp_exit(void)
 272 {
 273         struct thread *td = curthread;
 274         struct pcb *pcb;
 275         struct pcb_ext *ext;
 276
 277 #if NNPX > 0
 278         npxexit();
 279 #endif  /* NNPX */
 280
 281         /*
 282          * If we were using a private TSS do a forced-switch to ourselves
 283          * to switch back to the common TSS before freeing it.
 284          */
 285         pcb = td->td_pcb;
 286         if ((ext = pcb->pcb_ext) != NULL) {
 287                 crit_enter();
 288                 pcb->pcb_ext = NULL;
 289                 td->td_switch(td);
 290                 crit_exit();
 291                 kmem_free(&kernel_map, (vm_offset_t)ext, ctob(IOPAGES + 1));
 292         }
 293         user_ldt_free(pcb);
 294         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 295                 /*
 296                  * disable all hardware breakpoints
 297                  */
 298                 reset_dbregs();
 299                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 300         }
 301         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
 302
 303         crit_enter_quick(td);
 304         if (td->td_flags & TDF_TSLEEPQ)
 305                 tsleep_remove(td);
 306         lwkt_deschedule_self(td);
 307         lwkt_remove_tdallq(td);
 308         cpu_thread_exit();
 309 }
 310
 311 /*
 312  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
 313  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
 314  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
 315  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
 316  * out the stack.
 317  *
 318  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
 319  */
 320 void
 321 cpu_thread_exit(void)
 322 {
 323         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 324         curthread->td_flags |= TDF_EXITING;
 325         lwkt_switch();
 326         panic("cpu_exit");
 327 }
 328
 329 /*
 330  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
 331  * rwlock and removed it from the reap list.
 332  */
 333 void
 334 cpu_proc_wait(struct proc *p)
 335 {
 336         /* drop per-process resources */
 337         pmap_dispose_proc(p);
 338 }
 339
 340 #ifdef notyet
 341 static void
 342 setredzone(u_short *pte, caddr_t vaddr)
 343 {
 344 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 345    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 346    this means though that protection violations need to be handled
 347    thru a double fault exception that must do an integral task
 348    switch to a known good context, within which a dump can be
 349    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 350    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 351    and take the dump while still in mapped mode */
 352 }
 353 #endif
 354
 355 /*
 356  * Convert kernel VA to physical address
 357  */
 358 vm_paddr_t
 359 kvtop(void *addr)
 360 {
 361         vm_paddr_t pa;
 362
 363         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 364         if (pa == 0)
 365                 panic("kvtop: zero page frame");
 366         return (pa);
 367 }
 368
 369 /*
 370  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 371  */
 372
 373 #ifdef SMP
 374 static void
 375 cpu_reset_proxy(void)
 376 {
 377         u_int saved_mp_lock;
 378
 379         cpu_reset_proxy_active = 1;
 380         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 381                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 382         saved_mp_lock = mp_lock;
 383         mp_lock = 0;    /* BSP */
 384         kprintf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 385         cpu_reset_proxy_active = 3;
 386         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 387                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 388         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 389         kprintf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 390         DELAY(1000000);
 391         cpu_reset_real();
 392 }
 393 #endif
 394
 395 void
 396 cpu_reset(void)
 397 {
 398 #ifdef SMP
 399         if (smp_active_mask == 1) {
 400                 cpu_reset_real();
 401                 /* NOTREACHED */
 402         } else {
 403                 u_int map;
 404                 int cnt;
 405                 kprintf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
 406
 407                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
 408
 409                 if (map != 0) {
 410                         kprintf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 411                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 412                 }
 413
 414                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
 415                         DELAY(1000000);
 416                         cpu_reset_real();
 417                         /* NOTREACHED */
 418                 } else {
 419                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 420
 421                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
 422                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 423                         kprintf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 424                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 425
 426                         cnt = 0;
 427                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 428                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 429                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 430                                 kprintf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 431                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 432                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 433                         cnt = 0;
 434                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 435                                 cnt++;  /* Do nothing */
 436                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 437                                 kprintf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 438                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 439                         }
 440                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 441                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 442                         while (1);
 443                         /* NOTREACHED */
 444                 }
 445         }
 446 #else
 447         cpu_reset_real();
 448 #endif
 449 }
 450
 451 static void
 452 cpu_reset_real(void)
 453 {
 454         /*
 455          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 456          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 457          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 458          */
 459
 460 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 461         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 462         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 463         kprintf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 464         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for kprintf to complete */
 465 #endif
 466         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 467         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 468
 469         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 470         cpu_invltlb();
 471         /* NOTREACHED */
 472         while(1);
 473 }
 474
 475 int
 476 grow_stack(struct proc *p, vm_offset_t sp)
 477 {
 478         int rv;
 479
 480         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 481         if (rv != KERN_SUCCESS)
 482                 return (0);
 483
 484         return (1);
 485 }
 486
 487 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 488
 489 static int cnt_prezero;
 490
 491 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 492         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 493
 494 static void
 495 swi_vm(void *arg, void *frame)
 496 {
 497         if (busdma_swi_pending != 0)
 498                 busdma_swi();
 499 }
 500
 501 static void
 502 swi_vm_setup(void *arg)
 503 {
 504         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
 505 }
 506
 507 SYSINIT(vm_setup, SI_BOOT2_MACHDEP, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
 508
 509
 510 /*
 511  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 512  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 513  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 514  * or other unpredictable behaviour.
 515  */
 516
 517 int
 518 is_physical_memory(vm_offset_t addr)
 519 {
 520
 521 #if NISA > 0
 522         /* The ISA ``memory hole''. */
 523         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 524                 return 0;
 525 #endif
 526
 527         /*
 528          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 529          * here
 530          */
 531
 532         return 1;
 533 }
 534
 535 /*
 536  * platform-specific vmspace initialization (nothing for i386)
 537  */
 538 void
 539 cpu_vmspace_alloc(struct vmspace *vm __unused)
 540 {
 541 }
 542
 543 void
 544 cpu_vmspace_free(struct vmspace *vm __unused)
 545 {
 546 }
 547
 548 /*
 549  * Used by /dev/kmem to determine if we can safely read or write
 550  * the requested KVA range.
 551  */
 552 int
 553 kvm_access_check(vm_offset_t saddr, vm_offset_t eaddr, int prot)
 554 {
 555         vm_offset_t addr;
 556
 557         if (saddr < KvaStart)
 558                 return EFAULT;
 559         if (eaddr >= KvaEnd)
 560                 return EFAULT;
 561         for (addr = saddr; addr < eaddr; addr += PAGE_SIZE)  {
 562                 if (pmap_extract(&kernel_pmap, addr) == 0)
 563                         return EFAULT;
 564         }
 565         if (!kernacc((caddr_t)saddr, eaddr - saddr, prot))
 566                 return EFAULT;
 567         return 0;
 568 }
 569