Merge from vendor branch OPENSSH:
[dragonfly.git] / sys / i386 / 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/i386/i386/Attic/vm_machdep.c,v 1.30 2004/04/30 00:59:52 dillon Exp $
43  */
44
45 #include "use_npx.h"
46 #include "use_isa.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/interrupt.h>
58 #include <sys/vnode.h>
59 #include <sys/vmmeter.h>
60 #include <sys/kernel.h>
61 #include <sys/sysctl.h>
62 #include <sys/unistd.h>
63
64 #include <machine/clock.h>
65 #include <machine/cpu.h>
66 #include <machine/md_var.h>
67 #ifdef SMP
68 #include <machine/smp.h>
69 #endif
70 #include <machine/pcb.h>
71 #include <machine/pcb_ext.h>
72 #include <machine/vm86.h>
73 #include <machine/globaldata.h> /* npxthread */
74 #include <machine/ipl.h>        /* SWI_ */
75
76 #include <vm/vm.h>
77 #include <vm/vm_param.h>
78 #include <sys/lock.h>
79 #include <vm/vm_kern.h>
80 #include <vm/vm_page.h>
81 #include <vm/vm_map.h>
82 #include <vm/vm_extern.h>
83
84 #include <sys/user.h>
85 #include <sys/thread2.h>
86
87 #ifdef PC98
88 #include <pc98/pc98/pc98.h>
89 #else
90 #include <bus/isa/i386/isa.h>
91 #endif
92
93 static void     cpu_reset_real (void);
94 #ifdef SMP
95 static void     cpu_reset_proxy (void);
96 static u_int    cpu_reset_proxyid;
97 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
98 #endif
99 extern int      _ucodesel, _udatasel;
100
101
102 /*
103  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
104  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
105  * ready to run and return to user mode.
106  */
107 void
108 cpu_fork(p1, p2, flags)
109         struct proc *p1, *p2;
110         int flags;
111 {
112         struct pcb *pcb2;
113
114         if ((flags & RFPROC) == 0) {
115                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
116                         /* unshare user LDT */
117                         struct pcb *pcb1 = p1->p_thread->td_pcb;
118                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
119                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
120                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
121                                 user_ldt_free(pcb1);
122                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
123                                 set_user_ldt(pcb1);
124                         }
125                 }
126                 return;
127         }
128
129 #if NNPX > 0
130         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
131         if (mdcpu->gd_npxthread == p1->p_thread)
132                 npxsave(p1->p_thread->td_savefpu);
133 #endif
134
135         /* Copy p1's pcb. */
136         pcb2 = p2->p_thread->td_pcb;
137         *pcb2 = *p1->p_thread->td_pcb;
138
139         /*
140          * Create a new fresh stack for the new process.
141          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
142          * syscall.  This copies the user mode register values.  The
143          * 16 byte offset saves space for vm86, and must match 
144          * common_tss.esp0 (kernel stack pointer on entry from user mode)
145          *
146          * pcb_esp must allocate an additional call-return pointer below
147          * the trap frame which will be restored by cpu_restore from
148          * PCB_EIP, and the thread's td_sp pointer must allocate an
149          * additonal two worsd below the pcb_esp call-return pointer to
150          * hold the LWKT restore function pointer and eflags.
151          *
152          * The LWKT restore function pointer must be set to cpu_restore,
153          * which is our standard heavy weight process switch-in function.
154          * YYY eventually we should shortcut fork_return and fork_trampoline
155          * to use the LWKT restore function directly so we can get rid of
156          * all the extra crap we are setting up.
157          */
158         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)((char *)pcb2 - 16) - 1;
159         bcopy(p1->p_md.md_regs, p2->p_md.md_regs, sizeof(*p2->p_md.md_regs));
160
161         /*
162          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
163          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
164          */
165         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
166         pcb2->pcb_edi = 0;
167         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;       /* fork_trampoline argument */
168         pcb2->pcb_ebp = 0;
169         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
170         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;                /* fork_trampoline argument */
171         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
172         p2->p_thread->td_sp = (char *)(pcb2->pcb_esp - sizeof(void *));
173         *(u_int32_t *)p2->p_thread->td_sp = PSL_USER;
174         p2->p_thread->td_sp -= sizeof(void *);
175         *(void **)p2->p_thread->td_sp = (void *)cpu_heavy_restore;
176         /*
177          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
178          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
179          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
180          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
181          */
182
183         /*
184          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
185          */
186         pcb2->pcb_ext = 0;
187
188         /* Copy the LDT, if necessary. */
189         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
190                 if (flags & RFMEM) {
191                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
192                 } else {
193                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
194                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
195                 }
196         }
197
198         /*
199          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
200          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
201          * containing the return address when exiting cpu_switch.
202          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
203          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
204          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
205          * the return to user-mode.
206          */
207 }
208
209 /*
210  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
211  * been scheduled yet.
212  *
213  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
214  */
215 void
216 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
217         struct proc *p;
218         void (*func) (void *);
219         void *arg;
220 {
221         /*
222          * Note that the trap frame follows the args, so the function
223          * is really called like this:  func(arg, frame);
224          */
225         p->p_thread->td_pcb->pcb_esi = (int) func;      /* function */
226         p->p_thread->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;       /* first arg */
227 }
228
229 void
230 cpu_set_thread_handler(thread_t td, void (*rfunc)(void), void *func, void *arg)
231 {
232         td->td_pcb->pcb_esi = (int)func;
233         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;
234         td->td_switch = cpu_lwkt_switch;
235         td->td_sp -= sizeof(void *);
236         *(void **)td->td_sp = rfunc;    /* exit function on return */
237         td->td_sp -= sizeof(void *);
238         *(void **)td->td_sp = cpu_kthread_restore;
239 }
240
241 void
242 cpu_proc_exit(void)
243 {
244         struct thread *td = curthread;
245         struct pcb *pcb;
246
247
248 #if NNPX > 0
249         KKASSERT(td->td_proc);
250         npxexit(td->td_proc);
251 #endif  /* NNPX */
252
253         /*
254          * Cleanup the PCB
255          */
256         pcb = td->td_pcb;
257         if (pcb->pcb_ext != 0) {
258                 /* 
259                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages 
260                  * before freeing them?  (not done here)
261                  */
262                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
263                     ctob(IOPAGES + 1));
264                 pcb->pcb_ext = 0;
265         }
266         user_ldt_free(pcb);
267         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
268                 /*
269                  * disable all hardware breakpoints
270                  */
271                 reset_dbregs();
272                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
273         }
274         td->td_gd->gd_cnt.v_swtch++;
275
276         crit_enter_quick(td);
277         lwkt_deschedule_self(td);
278         cpu_thread_exit();
279 }
280
281 /*
282  * Terminate the current thread.  The caller must have already acquired
283  * the thread's rwlock and placed it on a reap list or otherwise notified
284  * a reaper of its existance.  We set a special assembly switch function which
285  * releases td_rwlock after it has cleaned up the MMU state and switched
286  * out the stack.
287  *
288  * Must be caller from a critical section and with the thread descheduled.
289  */
290 void
291 cpu_thread_exit(void)
292 {
293         curthread->td_switch = cpu_exit_switch;
294         lwkt_switch();
295         panic("cpu_exit");
296 }
297
298 /*
299  * Process Reaper.  Called after the caller has acquired the thread's
300  * rwlock and removed it from the reap list.
301  */
302 void
303 cpu_proc_wait(struct proc *p)
304 {
305         struct thread *td;
306
307         /* drop per-process resources */
308         td = pmap_dispose_proc(p);
309         if (td)
310                 lwkt_free_thread(td);
311 }
312
313 /*
314  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
315  */
316 int
317 cpu_coredump(struct thread *td, struct vnode *vp, struct ucred *cred)
318 {
319         struct proc *p = td->td_proc;
320         int error;
321         caddr_t tempuser;
322
323         KKASSERT(p);
324         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
325         if (!tempuser)
326                 return EINVAL;
327         
328         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
329         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
330         bcopy(p->p_md.md_regs,
331               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
332               sizeof(struct trapframe));
333         bcopy(p->p_thread->td_pcb, tempuser + ((char *)p->p_thread->td_pcb - (char *)p->p_addr), sizeof(struct pcb));
334
335         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
336                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, td);
337
338         free(tempuser, M_TEMP);
339         
340         return error;
341 }
342
343 #ifdef notyet
344 static void
345 setredzone(pte, vaddr)
346         u_short *pte;
347         caddr_t vaddr;
348 {
349 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
350    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
351    this means though that protection violations need to be handled
352    thru a double fault exception that must do an integral task
353    switch to a known good context, within which a dump can be
354    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
355    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
356    and take the dump while still in mapped mode */
357 }
358 #endif
359
360 /*
361  * Convert kernel VA to physical address
362  */
363 vm_paddr_t
364 kvtop(void *addr)
365 {
366         vm_paddr_t pa;
367
368         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
369         if (pa == 0)
370                 panic("kvtop: zero page frame");
371         return (pa);
372 }
373
374 /*
375  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
376  */
377
378 #ifdef SMP
379 static void
380 cpu_reset_proxy()
381 {
382         u_int saved_mp_lock;
383
384         cpu_reset_proxy_active = 1;
385         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
386                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
387         saved_mp_lock = mp_lock;
388         mp_lock = 0;    /* BSP */
389         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
390         cpu_reset_proxy_active = 3;
391         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
392                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
393         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
394         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
395         DELAY(1000000);
396         cpu_reset_real();
397 }
398 #endif
399
400 void
401 cpu_reset()
402 {
403 #ifdef SMP
404         if (smp_active_mask == 1) {
405                 cpu_reset_real();
406                 /* NOTREACHED */
407         } else {
408                 u_int map;
409                 int cnt;
410                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",mycpu->gd_cpuid);
411
412                 map = mycpu->gd_other_cpus & ~stopped_cpus & smp_active_mask;
413
414                 if (map != 0) {
415                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
416                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
417                 }
418
419                 if (mycpu->gd_cpuid == 0) {
420                         DELAY(1000000);
421                         cpu_reset_real();
422                         /* NOTREACHED */
423                 } else {
424                         /* We are not BSP (CPU #0) */
425
426                         cpu_reset_proxyid = mycpu->gd_cpuid;
427                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
428                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
429                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
430
431                         cnt = 0;
432                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
433                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
434                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
435                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
436                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
437                         cpu_reset_proxy_active = 2;
438                         cnt = 0;
439                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
440                                 cnt++;  /* Do nothing */
441                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
442                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
443                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
444                         }
445                         cpu_reset_proxy_active = 4;
446                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
447                         while (1);
448                         /* NOTREACHED */
449                 }
450         }
451 #else
452         cpu_reset_real();
453 #endif
454 }
455
456 static void
457 cpu_reset_real()
458 {
459
460 #ifdef PC98
461         /*
462          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
463          */
464         cpu_disable_intr();
465         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
466                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
467                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
468         }
469         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
470 #else
471         /*
472          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
473          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
474          * to do the reset here would then end up in no man's land.
475          */
476
477 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
478         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
479         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
480         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
481         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
482 #endif
483 #endif /* PC98 */
484         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
485         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
486
487         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
488         cpu_invltlb();
489         /* NOTREACHED */
490         while(1);
491 }
492
493 int
494 grow_stack(p, sp)
495         struct proc *p;
496         u_int sp;
497 {
498         int rv;
499
500         rv = vm_map_growstack (p, sp);
501         if (rv != KERN_SUCCESS)
502                 return (0);
503
504         return (1);
505 }
506
507 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
508
509 static int cnt_prezero;
510
511 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
512         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
513
514 /*
515  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
516  * This routine is called from the idle loop.
517  */
518
519 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
520 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
521
522 int
523 vm_page_zero_idle()
524 {
525         static int free_rover;
526         static int zero_state;
527         vm_page_t m;
528         int s;
529
530         /*
531          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
532          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
533          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
534          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or 
535          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
536          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
537          */
538
539         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(vmstats.v_free_count))
540                 return(0);
541         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
542                 return(0);
543
544 #ifdef SMP
545         if (try_mplock()) {
546 #endif
547                 s = splvm();
548                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
549                 zero_state = 0;
550                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
551                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
552                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
553                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
554                         m->queue = PQ_NONE;
555                         splx(s);
556                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
557                         (void)splvm();
558                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
559                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
560                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
561                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
562                             pageq);
563                         ++vm_page_zero_count;
564                         ++cnt_prezero;
565                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(vmstats.v_free_count))
566                                 zero_state = 1;
567                 }
568                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
569                 splx(s);
570                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
571 #ifdef SMP
572                 rel_mplock();
573 #endif
574                 return (1);
575 #ifdef SMP
576         }
577 #endif
578         /*
579          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
580          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in 
581          * swtch.s
582          */
583         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
584         return (0);
585 }
586
587 static void
588 swi_vm(void *arg)
589 {
590         if (busdma_swi_pending != 0)
591                 busdma_swi();
592 }
593
594 static void
595 swi_vm_setup(void *arg)
596 {
597         register_swi(SWI_VM, swi_vm, NULL, "swi_vm");
598 }
599
600 SYSINIT(vm_setup, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_ANY, swi_vm_setup, NULL);
601
602
603 /*
604  * Tell whether this address is in some physical memory region.
605  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
606  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
607  * or other unpredictable behaviour.
608  */
609
610 int
611 is_physical_memory(addr)
612         vm_offset_t addr;
613 {
614
615 #if NISA > 0
616         /* The ISA ``memory hole''. */
617         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
618                 return 0;
619 #endif
620
621         /*
622          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
623          * here
624          */
625
626         return 1;
627 }