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 1.34 2005/02/27 10:57:24 swildner 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 #ifdef SMP
  65 #include <machine/smp.h>
  66 #endif
  67 #include <machine/pcb.h>
  68 #include <machine/pcb_ext.h>
  69 #include <machine/vm86.h>
  70 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
  71 #include <machine/ipl.h>        /* SWI_ */
  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 #include <sys/thread2.h>
  83
  84 #include <bus/isa/i386/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 process p2 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(p1, p2, flags)
 102         struct proc *p1, *p2;
 103         int flags;
 104 {
 105         struct pcb *pcb2;
 106
 107         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 108                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 109                         /* unshare user LDT */
 110                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
 111                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 112                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 113                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 114                                 user_ldt_free(pcb1);
 115                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 116                                 set_user_ldt(pcb1);
 117                         }
 118                 }
 119                 return;
 120         }
 121
 122 #if NNPX > 0
 123         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 124         if (mdcpu->gd_npxthread == p1->p_thread)
 125                 npxsave(p1->p_thread->td_savefpu);
 126 #endif
 127
 128         /* Copy p1's pcb. */
 129         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
 130         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
 131
 132         /*
 133          * Create a new fresh stack for the new process.
 134          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 135          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
 136          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match
 137          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
 138          *
 139          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
 140          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
 141          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
 142          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
 143          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
 144          *
 145          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
 146          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
 147          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
 148          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
 149          * all the extra crap we are setting up.
 150          */
 151         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
 152         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
 153
 154         /*
 155          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 156          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 157          */
 158         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
 159         pcb2->pcb_edi = 0;
 160         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
 161         pcb2->pcb_ebp = 0;
 162         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
 163         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
 164         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 165         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
 166         *(u_int32_t *)p2->p_thread->td_sp = PSL_USER;
 167         p2->p_thread->td_sp -= sizeof(void *);
 168         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
 169         /*
 170          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 171          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 172          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 173          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 174          */
 175
 176         /*
 177          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 178          */
 179         pcb2->pcb_ext = 0;
 180
 181         /* Copy the LDT, if necessary. */
 182         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 183                 if (flags & RFMEM) {
 184                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 185                 } else {
 186                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 187                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 188                 }
 189         }
 190         bcopy(&p1->p_thread->td_tls, &p2->p_thread->td_tls,
 191               sizeof(p2->p_thread->td_tls));
 192         /*
 193          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 194          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 195          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 196          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 197          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 198          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 199          * the return to user-mode.
 200          */
 201 }
 202
 203 /*
 204  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 205  * been scheduled yet.
 206  *
 207  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 208  */
 209 void
 210 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 211         struct proc *p;
 212         void (*func) (void *);
 213         void *arg;
 214 {
 215         /*
 216          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 217          * is really called like this:  func(arg, frame);
 218          */
 219         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
 220         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
 221 }
 222
 223 void
 224 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
 225 {
 226         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
 227         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
 228         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
 229         td->td_sp -= sizeof(void *);
 230         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
 231         td->td_sp -= sizeof(void *);
 232         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
 233 }
 234
 235 void
 236 cpu_proc_exit(void)
 237 {
 238         struct thread *td = curthread;
 239         struct pcb *pcb;
 240
 241
 242 #if NNPX > 0
 243         KKASSERT(td->td_proc);
 244         npxexit(td->td_proc);
 245 #endif  /* NNPX */
 246
 247         /*
 248          * Cleanup the PCB
 249          */
 250         pcb = td->td_pcb;
 251         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 252                 /*
 253                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 254                  * before freeing them?  (not done here)
 255                  */
 256                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 257                     ctob(IOPAGES + 1));
 258                 pcb->pcb_ext = 0;
 259         }
 260         user_ldt_free(pcb);
 261         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 262                 /*
 263                  * disable all hardware breakpoints
 264                  */
 265                 reset_dbregs();
 266                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 267         }
 268         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
 269
 270         crit_enter_quick(td);
 271         lwkt_deschedule_self(td);
 272         cpu_thread_exit();
 273 }
 274
 275 /*
 276  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
 277  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
 278  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
 279  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
 280  * out the stack.
 281  *
 282  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
 283  */
 284 void
 285 cpu_thread_exit(void)
 286 {
 287         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
 288         lwkt_switch();
 289         panic("cpu_exit");
 290 }
 291
 292 /*
 293  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
 294  * rwlock and removed it from the reap list.
 295  */
 296 void
 297 cpu_proc_wait(struct proc *p)
 298 {
 299         struct thread *td;
 300
 301         /* drop per-process resources */
 302         td = pmap_dispose_proc(p);
 303         if (td)
 304                 lwkt_free_thread(td);
 305 }
 306
 307 /*
 308  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 309  */
 310 int
 311 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
 312 {
 313         struct proc *p = td->td_proc;
 314         int error;
 315         caddr_t tempuser;
 316
 317         KKASSERT(p);
 318         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 319         if (!tempuser)
 320                 return EINVAL;
 321
 322         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 323         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 324         bcopy(p->p_md.md_regs,
 325               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 326               sizeof(struct trapframe));
 327         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
 328
 329         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
 330                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
 331
 332         free(tempuser, M_TEMP);
 333
 334         return error;
 335 }
 336
 337 #ifdef notyet
 338 static void
 339 setredzone(pte, vaddr)
 340         u_short *pte;
 341         caddr_t vaddr;
 342 {
 343 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 344    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 345    this means though that protection violations need to be handled
 346    thru a double fault exception that must do an integral task
 347    switch to a known good context, within which a dump can be
 348    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 349    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 350    and take the dump while still in mapped mode */
 351 }
 352 #endif
 353
 354 /*
 355  * Convert kernel VA to physical address
 356  */
 357 vm_paddr_t
 358 kvtop(void *addr)
 359 {
 360         vm_paddr_t pa;
 361
 362         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 363         if (pa == 0)
 364                 panic("kvtop: zero page frame");
 365         return (pa);
 366 }
 367
 368 /*
 369  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 370  */
 371
 372 #ifdef SMP
 373 static void
 374 cpu_reset_proxy()
 375 {
 376         u_int saved_mp_lock;
 377
 378         cpu_reset_proxy_active = 1;
 379         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 380                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 381         saved_mp_lock = mp_lock;
 382         mp_lock = 0;    /* BSP */
 383         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 384         cpu_reset_proxy_active = 3;
 385         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 386                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 387         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 388         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 389         DELAY(1000000);
 390         cpu_reset_real();
 391 }
 392 #endif
 393
 394 void
 395 cpu_reset()
 396 {
 397 #ifdef SMP
 398         if (smp_active_mask == 1) {
 399                 cpu_reset_real();
 400                 /* NOTREACHED */
 401         } else {
 402                 u_int map;
 403                 int cnt;
 404                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
 405
 406                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
 407
 408                 if (map != 0) {
 409                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 410                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 411                 }
 412
 413                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
 414                         DELAY(1000000);
 415                         cpu_reset_real();
 416                         /* NOTREACHED */
 417                 } else {
 418                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 419
 420                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
 421                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 422                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 423                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 424
 425                         cnt = 0;
 426                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 427                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 428                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 429                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 430                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 431                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 432                         cnt = 0;
 433                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 434                                 cnt++;  /* Do nothing */
 435                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 436                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 437                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 438                         }
 439                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 440                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 441                         while (1);
 442                         /* NOTREACHED */
 443                 }
 444         }
 445 #else
 446         cpu_reset_real();
 447 #endif
 448 }
 449
 450 static void
 451 cpu_reset_real()
 452 {
 453         /*
 454          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 455          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 456          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 457          */
 458
 459 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 460         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 461         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 462         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 463         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 464 #endif
 465         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 466         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 467
 468         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 469         cpu_invltlb();
 470         /* NOTREACHED */
 471         while(1);
 472 }
 473
 474 int
 475 grow_stack(p, sp)
 476         struct proc *p;
 477         u_int sp;
 478 {
 479         int rv;
 480
 481         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 482         if (rv != KERN_SUCCESS)
 483                 return (0);
 484
 485         return (1);
 486 }
 487
 488 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 489
 490 static int cnt_prezero;
 491
 492 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 493         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 494
 495 /*
 496  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 497  * This routine is called from the idle loop.
 498  */
 499
 500 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 501 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 502
 503 int
 504 vm_page_zero_idle()
 505 {
 506         static int free_rover;
 507         static int zero_state;
 508         vm_page_t m;
 509
 510         /*
 511          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 512          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 513          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 514          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 515          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 516          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 517          */
 518
 519         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(vmstats.v_free_count))
 520                 return(0);
 521         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
 522                 return(0);
 523
 524 #ifdef SMP
 525         if (try_mplock()) {
 526 #endif
 527                 crit_enter();
 528                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 529                 zero_state = 0;
 530                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 531                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 532                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 533                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 534                         m->queue = PQ_NONE;
 535                         crit_exit();
 536                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 537                         crit_enter();
 538                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 539                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 540                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 541                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 542                             pageq);
 543                         ++vm_page_zero_count;
 544                         ++cnt_prezero;
 545                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
 546                                 zero_state = 1;
 547                 }
 548                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 549                 crit_exit();
 550                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 551 #ifdef SMP
 552                 rel_mplock();
 553 #endif
 554                 return (1);
 555 #ifdef SMP
 556         }
 557 #endif
 558         /*
 559          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
 560          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in
 561          * swtch.s
 562          */
 563         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
 564         return (0);
 565 }
 566
 567 static void
 568 swi_vm(void *arg)
 569 {
 570         if (busdma_swi_pending != 0)
 571                 busdma_swi();
 572 }
 573
 574 static void
 575 swi_vm_setup(void *arg)
 576 {
 577         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm", NULL);
 578 }
 579
 580 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
 581
 582
 583 /*
 584  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 585  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 586  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 587  * or other unpredictable behaviour.
 588  */
 589
 590 int
 591 is_physical_memory(addr)
 592         vm_offset_t addr;
 593 {
 594
 595 #if NISA > 0
 596         /* The ISA ``memory hole''. */
 597         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 598                 return 0;
 599 #endif
 600
 601         /*
 602          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 603          * here
 604          */
 605
 606         return 1;
 607 }