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 #include <sys/thread2.h>
  50
  51 #include <machine/cpu.h>
  52 #include <machine/cpufunc.h>
  53 #include <machine/cpumask.h>
  54 #include <machine/globaldata.h>
  55 #include <machine/md_var.h>
  56 #include <machine/pmap.h>
  57 #include <machine/smp.h>
  58 #include <machine/tls.h>
  59 #include <machine/param.h>
  60
  61 #include <unistd.h>
  62 #include <pthread.h>
  63 #include <signal.h>
  64 #include <stdio.h>
  65
  66 extern pt_entry_t *KPTphys;
  67
  68 extern int vmm_enabled;
  69
  70 volatile cpumask_t stopped_cpus;
  71 /* which cpus are ready for IPIs etc? */
  72 cpumask_t       smp_active_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
  73 static int      boot_address;
  74 /* which cpus have been started */
  75 static cpumask_t smp_startup_mask = CPUMASK_INITIALIZER_ONLYONE;
  76 static int  mp_finish;
  77
  78 /* Local data for detecting CPU TOPOLOGY */
  79 static int core_bits = 0;
  80 static int logical_CPU_bits = 0;
  81
  82 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
  83 void bootstrap_idle(void);
  84 void single_cpu_ipi(int, int, int);
  85 void selected_cpu_ipi(cpumask_t, int, int);
  86 #if 0
  87 void ipi_handler(int);
  88 #endif
  89
  90 pt_entry_t *SMPpt;
  91
  92 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  93 char *bootSTK;
  94 static int bootAP;
  95
  96
  97 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
  98 static int start_all_aps(u_int);
  99 void init_secondary(void);
 100 void *start_ap(void *);
 101
 102 /*
 103  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
 104  */
 105 static
 106 void
 107 ap_finish(void)
 108 {
 109         mp_finish = 1;
 110         if (bootverbose)
 111                 kprintf("Finish MP startup\n");
 112
 113         /* build our map of 'other' CPUs */
 114         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 115         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 116
 117         /*
 118          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 119          * of 'other' CPUs.
 120          */
 121         rel_mplock();
 122         while (CPUMASK_CMPMASKNEQ(smp_active_mask,smp_startup_mask)) {
 123                 DELAY(100000);
 124                 cpu_lfence();
 125         }
 126
 127         while (try_mplock() == 0)
 128                 DELAY(100000);
 129         if (bootverbose)
 130                 kprintf("Active CPU Mask: %08lx\n",
 131                         (long)CPUMASK_LOWMASK(smp_active_mask));
 132 }
 133
 134 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL);
 135
 136 void *
 137 start_ap(void *arg __unused)
 138 {
 139         init_secondary();
 140         setrealcpu();
 141         bootstrap_idle();
 142
 143         return(NULL); /* NOTREACHED */
 144 }
 145
 146 /* storage for AP thread IDs */
 147 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 148
 149 int naps;
 150
 151 void
 152 mp_start(void)
 153 {
 154         size_t ipiq_size;
 155         int shift;
 156
 157         ncpus = optcpus;
 158         naps = ncpus - 1;
 159
 160         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 161                 ;
 162         --shift;
 163
 164         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 165         if ((1 << shift) < ncpus)
 166                 ++shift;
 167         ncpus_fit = 1 << shift;
 168         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 169
 170         /*
 171          * cpu0 initialization
 172          */
 173         ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * ncpus;
 174         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
 175                                             VM_SUBSYS_IPIQ);
 176         bzero(mycpu->gd_ipiq, ipiq_size);
 177
 178         /* initialize arc4random. */
 179         arc4_init_pcpu(0);
 180
 181         /*
 182          * cpu 1-(n-1)
 183          */
 184         start_all_aps(boot_address);
 185
 186 }
 187
 188 void
 189 mp_announce(void)
 190 {
 191         int x;
 192
 193         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 194         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 195
 196         for (x = 1; x <= naps; ++x)
 197                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 198 }
 199
 200 void
 201 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 202 {
 203         if (CPUMASK_TESTBIT(smp_active_mask, dcpu)) {
 204                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 205                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 206         }
 207 #if 0
 208         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 209 #endif
 210 }
 211
 212 void
 213 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 214 {
 215         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 216 }
 217
 218 void
 219 selected_cpu_ipi(cpumask_t target, int vector, int delivery_mode)
 220 {
 221         crit_enter();
 222         while (CPUMASK_TESTNZERO(target)) {
 223                 int n = BSFCPUMASK(target);
 224                 CPUMASK_NANDBIT(target, n);
 225                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 226         }
 227         crit_exit();
 228 }
 229
 230 int
 231 stop_cpus(cpumask_t map)
 232 {
 233         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 234
 235         crit_enter();
 236         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 237                 int n = BSFCPUMASK(map);
 238                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 239                 ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(stopped_cpus, n);
 240                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 241                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 242         }
 243         crit_exit();
 244 #if 0
 245         panic("XXX stop_cpus()");
 246 #endif
 247
 248         return(1);
 249 }
 250
 251 int
 252 restart_cpus(cpumask_t map)
 253 {
 254         CPUMASK_ANDMASK(map, smp_active_mask);
 255
 256         crit_enter();
 257         while (CPUMASK_TESTNZERO(map)) {
 258                 int n = BSFCPUMASK(map);
 259                 CPUMASK_NANDBIT(map, n);
 260                 ATOMIC_CPUMASK_NANDBIT(stopped_cpus, n);
 261                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGXCPU) != 0)
 262                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
 263         }
 264         crit_exit();
 265 #if 0
 266         panic("XXX restart_cpus()");
 267 #endif
 268
 269         return(1);
 270 }
 271 void
 272 ap_init(void)
 273 {
 274         /*
 275          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 276          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 277          * is waiting for our signal.
 278          *
 279          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 280          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 281          * trying to send us an IPI.
 282          */
 283         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_startup_mask, mycpu->gd_cpuid);
 284         cpu_mfence();
 285
 286         /*
 287          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 288          * then get the MP lock.
 289          *
 290          * Note: We are in a critical section.
 291          *
 292          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 293          *
 294          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 295          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 296          * caching it.
 297          */
 298
 299         while (mp_finish == 0) {
 300                 cpu_lfence();
 301                 DELAY(500000);
 302         }
 303         while (try_mplock() == 0)
 304                 DELAY(100000);
 305
 306         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 307         cpu_invltlb();
 308
 309         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 310         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask;
 311         CPUMASK_NANDBIT(mycpu->gd_other_cpus, mycpu->gd_cpuid);
 312
 313         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 314
 315
 316         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 317         mem_range_AP_init();
 318         /*
 319          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 320          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 321          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 322          * message interlock could be left set which would also prevent
 323          * further IPIs.
 324          *
 325          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 326          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 327          * because we returning almost directly into the idle loop.
 328          *
 329          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 330          * nothing we've done put it there.
 331          */
 332         KKASSERT(get_mplock_count(curthread) == 1);
 333         ATOMIC_CPUMASK_ORBIT(smp_active_mask, mycpu->gd_cpuid);
 334
 335         mdcpu->gd_fpending = 0;
 336         mdcpu->gd_ipending = 0;
 337         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 338
 339         /*
 340          * Since we may have cleaned up the interrupt triggers, manually
 341          * process any pending IPIs before exiting our critical section.
 342          * Once the critical section has exited, normal interrupt processing
 343          * may occur.
 344          */
 345         atomic_swap_int(&mycpu->gd_npoll, 0);
 346         lwkt_process_ipiq();
 347
 348         /*
 349          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 350          */
 351         rel_mplock();
 352         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 353 }
 354
 355 void
 356 init_secondary(void)
 357 {
 358         int     myid = bootAP;
 359         struct mdglobaldata *md;
 360         struct privatespace *ps;
 361
 362         ps = &CPU_prvspace[myid];
 363
 364         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 365
 366         /*
 367          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 368          * point.  Note that %fs is used by pthreads.
 369          */
 370         tls_set_gs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 371
 372         md = mdcpu;     /* loaded through %gs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 373
 374         /* JG */
 375         md->gd_common_tss.tss_rsp0 = 0; /* not used until after switch */
 376         //md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 377         //md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 378
 379         /*
 380          * Set to a known state:
 381          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 382          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 383          */
 384 }
 385
 386 static int
 387 start_all_aps(u_int boot_addr)
 388 {
 389         int x, i;
 390         struct mdglobaldata *gd;
 391         struct privatespace *ps;
 392         vm_page_t m;
 393         vm_offset_t va;
 394         void *stack;
 395         pthread_attr_t attr;
 396         size_t ipiq_size;
 397 #if 0
 398         struct lwp_params params;
 399 #endif
 400
 401         /*
 402          * needed for ipis to initial thread
 403          * FIXME: rename ap_tids?
 404          */
 405         ap_tids[0] = pthread_self();
 406         pthread_attr_init(&attr);
 407
 408         vm_object_hold(&kernel_object);
 409         for (x = 1; x <= naps; ++x) {
 410                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 411                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 412                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 413                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 414                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 415                 }
 416
 417                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 418                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 419                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 420                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 421                 }
 422
 423                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 424                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 425                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 426
 427                 /* prime data page for it to use */
 428                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 429                 cpu_gdinit(gd, x);
 430
 431 #if 0
 432                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 433                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 434                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 435                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 436                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 437                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 438                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 439                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 440 #endif
 441
 442                 ipiq_size = sizeof(struct lwkt_ipiq) * (naps + 1);
 443                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, ipiq_size,
 444                                                     VM_SUBSYS_IPIQ);
 445                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, ipiq_size);
 446
 447                 /* initialize arc4random. */
 448                 arc4_init_pcpu(x);
 449
 450                 /*
 451                  * Setup the AP boot stack
 452                  */
 453                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 454                 bootAP = x;
 455
 456                 /*
 457                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 458                  *
 459                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
 460                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
 461                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
 462                  * have already been enabled.
 463                  */
 464                 cpu_disable_intr();
 465
 466                 if (vmm_enabled) {
 467                         stack = mmap(NULL, KERNEL_STACK_SIZE,
 468                                      PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
 469                                      MAP_ANON, -1, 0);
 470                         if (stack == MAP_FAILED) {
 471                                 panic("Unable to allocate stack for thread %d\n", x);
 472                         }
 473                         pthread_attr_setstack(&attr, stack, KERNEL_STACK_SIZE);
 474                 }
 475
 476                 pthread_create(&ap_tids[x], &attr, start_ap, NULL);
 477                 cpu_enable_intr();
 478
 479                 while (CPUMASK_TESTBIT(smp_startup_mask, x) == 0) {
 480                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 481                         DELAY(1000);
 482                 }
 483         }
 484         vm_object_drop(&kernel_object);
 485         pthread_attr_destroy(&attr);
 486
 487         return(ncpus - 1);
 488 }
 489
 490 /*
 491  * CPU TOPOLOGY DETECTION FUNCTIONS.
 492  */
 493 void
 494 detect_cpu_topology(void)
 495 {
 496         logical_CPU_bits = vkernel_b_arg;
 497         core_bits = vkernel_B_arg;
 498 }
 499
 500 int
 501 get_chip_ID(int cpuid)
 502 {
 503         return get_apicid_from_cpuid(cpuid) >>
 504             (logical_CPU_bits + core_bits);
 505 }
 506
 507 int
 508 get_chip_ID_from_APICID(int apicid)
 509 {
 510         return apicid >> (logical_CPU_bits + core_bits);
 511 }
 512
 513 int
 514 get_core_number_within_chip(int cpuid)
 515 {
 516         return ((get_apicid_from_cpuid(cpuid) >> logical_CPU_bits) &
 517                 ((1 << core_bits) - 1));
 518 }
 519
 520 int
 521 get_logical_CPU_number_within_core(int cpuid)
 522 {
 523         return (get_apicid_from_cpuid(cpuid) &
 524                 ((1 << logical_CPU_bits) - 1));
 525 }