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  */
  43
  44 #include "npx.h"
  45 #include "opt_user_ldt.h"
  46 #ifdef PC98
  47 #include "opt_pc98.h"
  48 #endif
  49 #include "opt_reset.h"
  50
  51 #include <sys/param.h>
  52 #include <sys/systm.h>
  53 #include <sys/malloc.h>
  54 #include <sys/proc.h>
  55 #include <sys/buf.h>
  56 #include <sys/vnode.h>
  57 #include <sys/vmmeter.h>
  58 #include <sys/kernel.h>
  59 #include <sys/sysctl.h>
  60 #include <sys/unistd.h>
  61
  62 #include <machine/clock.h>
  63 #include <machine/cpu.h>
  64 #include <machine/md_var.h>
  65 #ifdef SMP
  66 #include <machine/smp.h>
  67 #endif
  68 #include <machine/pcb.h>
  69 #include <machine/pcb_ext.h>
  70 #include <machine/vm86.h>
  71
  72 #include <vm/vm.h>
  73 #include <vm/vm_param.h>
  74 #include <sys/lock.h>
  75 #include <vm/vm_kern.h>
  76 #include <vm/vm_page.h>
  77 #include <vm/vm_map.h>
  78 #include <vm/vm_extern.h>
  79
  80 #include <sys/user.h>
  81
  82 #ifdef PC98
  83 #include <pc98/pc98/pc98.h>
  84 #else
  85 #include <i386/isa/isa.h>
  86 #endif
  87
  88 static void     cpu_reset_real __P((void));
  89 #ifdef SMP
  90 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
  91 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  92 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  93 #endif
  94 extern int      _ucodesel, _udatasel;
  95
  96 /*
  97  * quick version of vm_fault
  98  */
  99 int
 100 vm_fault_quick(v, prot)
 101         caddr_t v;
 102         int prot;
 103 {
 104         int r;
 105
 106         if (prot & VM_PROT_WRITE)
 107                 r = subyte(v, fubyte(v));
 108         else
 109                 r = fubyte(v);
 110         return(r);
 111 }
 112
 113 /*
 114  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
 115  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 116  * ready to run and return to user mode.
 117  */
 118 void
 119 cpu_fork(p1, p2, flags)
 120         register struct proc *p1, *p2;
 121         int flags;
 122 {
 123         struct pcb *pcb2;
 124
 125         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 126 #ifdef USER_LDT
 127                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 128                         /* unshare user LDT */
 129                         struct pcb *pcb1 = &p1->p_addr->u_pcb;
 130                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 131                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 132                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 133                                 user_ldt_free(pcb1);
 134                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 135                                 set_user_ldt(pcb1);
 136                         }
 137                 }
 138 #endif
 139                 return;
 140         }
 141
 142 #if NNPX > 0
 143         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 144         if (npxproc == p1)
 145                 npxsave(&p1->p_addr->u_pcb.pcb_save);
 146 #endif
 147
 148         /* Copy p1's pcb. */
 149         p2->p_addr->u_pcb = p1->p_addr->u_pcb;
 150         pcb2 = &p2->p_addr->u_pcb;
 151
 152         /*
 153          * Create a new fresh stack for the new process.
 154          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 155          * syscall.  This copies the user mode register values.
 156          */
 157         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)
 158                            ((int)p2->p_addr + UPAGES * PAGE_SIZE - 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         /*
 173          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 174          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 175          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 176          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 177          */
 178
 179 #ifdef SMP
 180         pcb2->pcb_mpnest = 1;
 181 #endif
 182         /*
 183          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 184          */
 185         pcb2->pcb_ext = 0;
 186
 187 #ifdef USER_LDT
 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 #endif
 198
 199         /*
 200          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 201          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 202          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 203          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 204          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 205          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 206          * the return to user-mode.
 207          */
 208 }
 209
 210 /*
 211  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 212  * been scheduled yet.
 213  *
 214  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 215  */
 216 void
 217 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 218         struct proc *p;
 219         void (*func) __P((void *));
 220         void *arg;
 221 {
 222         /*
 223          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 224          * is really called like this:  func(arg, frame);
 225          */
 226         p->p_addr->u_pcb.pcb_esi = (int) func;  /* function */
 227         p->p_addr->u_pcb.pcb_ebx = (int) arg;   /* first arg */
 228 }
 229
 230 void
 231 cpu_exit(p)
 232         register struct proc *p;
 233 {
 234         struct pcb *pcb = &p->p_addr->u_pcb;
 235
 236 #if NNPX > 0
 237         npxexit(p);
 238 #endif  /* NNPX */
 239         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 240                 /*
 241                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 242                  * before freeing them?  (not done here)
 243                  */
 244                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 245                     ctob(IOPAGES + 1));
 246                 pcb->pcb_ext = 0;
 247         }
 248 #ifdef USER_LDT
 249         user_ldt_free(pcb);
 250 #endif
 251         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 252                 /*
 253                  * disable all hardware breakpoints
 254                  */
 255                 reset_dbregs();
 256                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 257         }
 258         cnt.v_swtch++;
 259         cpu_switch(p);
 260         panic("cpu_exit");
 261 }
 262
 263 void
 264 cpu_wait(p)
 265         struct proc *p;
 266 {
 267         /* drop per-process resources */
 268         pmap_dispose_proc(p);
 269 }
 270
 271 /*
 272  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 273  */
 274 int
 275 cpu_coredump(p, vp, cred)
 276         struct proc *p;
 277         struct vnode *vp;
 278         struct ucred *cred;
 279 {
 280         int error;
 281         caddr_t tempuser;
 282
 283         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 284         if (!tempuser)
 285                 return EINVAL;
 286
 287         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 288         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 289         bcopy(p->p_md.md_regs,
 290               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 291               sizeof(struct trapframe));
 292
 293         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser, ctob(UPAGES),
 294                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_UNIT, cred, (int *)NULL, p);
 295
 296         free(tempuser, M_TEMP);
 297
 298         return error;
 299 }
 300
 301 #ifdef notyet
 302 static void
 303 setredzone(pte, vaddr)
 304         u_short *pte;
 305         caddr_t vaddr;
 306 {
 307 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 308    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 309    this means though that protection violations need to be handled
 310    thru a double fault exception that must do an integral task
 311    switch to a known good context, within which a dump can be
 312    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 313    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 314    and take the dump while still in mapped mode */
 315 }
 316 #endif
 317
 318 /*
 319  * Convert kernel VA to physical address
 320  */
 321 u_long
 322 kvtop(void *addr)
 323 {
 324         vm_offset_t va;
 325
 326         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 327         if (va == 0)
 328                 panic("kvtop: zero page frame");
 329         return((int)va);
 330 }
 331
 332 /*
 333  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 334  */
 335
 336 #ifdef SMP
 337 static void
 338 cpu_reset_proxy()
 339 {
 340         u_int saved_mp_lock;
 341
 342         cpu_reset_proxy_active = 1;
 343         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 344                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 345         saved_mp_lock = mp_lock;
 346         mp_lock = 1;
 347         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 348         cpu_reset_proxy_active = 3;
 349         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 350                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 351         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 352         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 353         DELAY(1000000);
 354         cpu_reset_real();
 355 }
 356 #endif
 357
 358 void
 359 cpu_reset()
 360 {
 361 #ifdef SMP
 362         if (smp_active == 0) {
 363                 cpu_reset_real();
 364                 /* NOTREACHED */
 365         } else {
 366
 367                 u_int map;
 368                 int cnt;
 369                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
 370
 371                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
 372
 373                 if (map != 0) {
 374                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 375                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 376                 }
 377
 378                 if (cpuid == 0) {
 379                         DELAY(1000000);
 380                         cpu_reset_real();
 381                         /* NOTREACHED */
 382                 } else {
 383                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 384
 385                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
 386                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 387                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 388                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 389
 390                         cnt = 0;
 391                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 392                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 393                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 394                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 395                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 396                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 397                         cnt = 0;
 398                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 399                                 cnt++;  /* Do nothing */
 400                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 401                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 402                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 403                         }
 404                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 405                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 406                         while (1);
 407                         /* NOTREACHED */
 408                 }
 409         }
 410 #else
 411         cpu_reset_real();
 412 #endif
 413 }
 414
 415 static void
 416 cpu_reset_real()
 417 {
 418
 419 #ifdef PC98
 420         /*
 421          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
 422          */
 423         disable_intr();
 424         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
 425                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
 426                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
 427         }
 428         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
 429 #else
 430         /*
 431          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 432          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 433          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 434          */
 435
 436 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 437         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 438         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 439         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 440         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 441 #endif
 442 #endif /* PC98 */
 443         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 444         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 445
 446         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 447         invltlb();
 448         /* NOTREACHED */
 449         while(1);
 450 }
 451
 452 int
 453 grow_stack(p, sp)
 454         struct proc *p;
 455         u_int sp;
 456 {
 457         int rv;
 458
 459         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 460         if (rv != KERN_SUCCESS)
 461                 return (0);
 462
 463         return (1);
 464 }
 465
 466 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 467
 468 static int cnt_prezero;
 469
 470 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 471         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 472
 473 /*
 474  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 475  * This routine is called from the idle loop.
 476  */
 477
 478 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 479 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 480
 481 int
 482 vm_page_zero_idle()
 483 {
 484         static int free_rover;
 485         static int zero_state;
 486         vm_page_t m;
 487         int s;
 488
 489         /*
 490          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 491          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 492          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 493          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 494          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 495          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 496          */
 497
 498         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
 499                 return(0);
 500         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 501                 return(0);
 502
 503 #ifdef SMP
 504         if (try_mplock()) {
 505 #endif
 506                 s = splvm();
 507                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 508                 zero_state = 0;
 509                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 510                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 511                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 512                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 513                         m->queue = PQ_NONE;
 514                         splx(s);
 515                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 516                         (void)splvm();
 517                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 518                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 519                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 520                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 521                             pageq);
 522                         ++vm_page_zero_count;
 523                         ++cnt_prezero;
 524                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 525                                 zero_state = 1;
 526                 }
 527                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 528                 splx(s);
 529                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 530 #ifdef SMP
 531                 rel_mplock();
 532 #endif
 533                 return (1);
 534 #ifdef SMP
 535         }
 536 #endif
 537         /*
 538          * We have to enable interrupts for a moment if the try_mplock fails
 539          * in order to potentially take an IPI.   XXX this should be in
 540          * swtch.s
 541          */
 542         __asm __volatile("sti; nop; cli" : : : "memory");
 543         return (0);
 544 }
 545
 546 /*
 547  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 548  */
 549 void
 550 swi_vm()
 551 {
 552         if (busdma_swi_pending != 0)
 553                 busdma_swi();
 554 }
 555
 556 /*
 557  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 558  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 559  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 560  * or other unpredictable behaviour.
 561  */
 562
 563 #include "isa.h"
 564
 565 int
 566 is_physical_memory(addr)
 567         vm_offset_t addr;
 568 {
 569
 570 #if NISA > 0
 571         /* The ISA ``memory hole''. */
 572         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 573                 return 0;
 574 #endif
 575
 576         /*
 577          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 578          * here
 579          */
 580
 581         return 1;
 582 }