sys/platform/vkernel/i386/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  * $DragonFly: src/sys/platform/vkernel/i386/mp.c,v 1.3 2007/07/01 04:02:33 dillon Exp $
  35  */
  36
  37
  38 #include <sys/interrupt.h>
  39 #include <sys/kernel.h>
  40 #include <sys/memrange.h>
  41 #include <sys/tls.h>
  42 #include <sys/types.h>
  43
  44 #include <vm/vm_extern.h>
  45 #include <vm/vm_kern.h>
  46 #include <vm/vm_object.h>
  47 #include <vm/vm_page.h>
  48
  49 #include <machine/cpufunc.h>
  50 #include <machine/globaldata.h>
  51 #include <machine/md_var.h>
  52 #include <machine/pmap.h>
  53 #include <machine/smp.h>
  54 #include <machine/tls.h>
  55
  56 #include <unistd.h>
  57 #include <pthread.h>
  58 #include <signal.h>
  59 #include <stdio.h>
  60
  61 extern pt_entry_t *KPTphys;
  62
  63 volatile u_int  stopped_cpus;
  64 cpumask_t       smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
  65 static int      boot_address;
  66 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
  67 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
  68 static int  mp_finish;
  69
  70 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
  71 void bootstrap_idle(void);
  72 void single_cpu_ipi(int, int, int);
  73 void selected_cpu_ipi(u_int, int, int);
  74 #if 0
  75 void ipi_handler(int);
  76 #endif
  77
  78 pt_entry_t *SMPpt;
  79
  80 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  81 char *bootSTK;
  82 static int bootAP;
  83
  84
  85 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
  86 static int start_all_aps(u_int);
  87 void init_secondary(void);
  88 void *start_ap(void *);
  89
  90 /*
  91  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
  92  */
  93 static
  94 void
  95 ap_finish(void)
  96 {
  97         int i;
  98         cpumask_t ncpus_mask = 0;
  99
 100         for (i = 1; i <= ncpus; i++)
 101                 ncpus_mask |= (1 << i);
 102
 103         mp_finish = 1;
 104         if (bootverbose)
 105                 kprintf("Finish MP startup\n");
 106
 107         /* build our map of 'other' CPUs */
 108         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~(1 << mycpu->gd_cpuid);
 109
 110         /*
 111          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
 112          * of 'other' CPUs.
 113          */
 114         rel_mplock();
 115         while (smp_active_mask != smp_startup_mask)
 116                 cpu_lfence();
 117
 118         while (try_mplock() == 0)
 119                 ;
 120         if (bootverbose)
 121                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
 122 }
 123
 124 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
 125
 126
 127 void *
 128 start_ap(void *arg __unused)
 129 {
 130         init_secondary();
 131
 132         bootstrap_idle();
 133
 134         return(NULL); /* NOTREACHED */
 135 }
 136
 137 /* storage for AP thread IDs */
 138 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
 139
 140 void
 141 mp_start(void)
 142 {
 143         int shift;
 144
 145         /* XXX testing 2 cpus */
 146         ncpus = 2;
 147
 148         mp_naps = ncpus - 1;
 149
 150         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
 151         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
 152                 ;
 153         --shift;
 154         ncpus2_shift = shift;
 155         ncpus2 = 1 << shift;
 156         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
 157
 158         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
 159         if ((1 << shift) < ncpus)
 160                 ++shift;
 161         ncpus_fit = 1 << shift;
 162         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
 163
 164         /*
 165          * cpu0 initialization
 166          */
 167         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
 168                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 169         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
 170
 171         /*
 172          * cpu 1-(n-1)
 173          */
 174         start_all_aps(boot_address);
 175
 176 }
 177
 178 void
 179 mp_announce(void)
 180 {
 181         int x;
 182
 183         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
 184         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
 185
 186         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
 187                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
 188 }
 189
 190 void
 191 forward_fastint_remote(void *arg)
 192 {
 193         panic("XXX forward_fastint_remote()");
 194 }
 195
 196 void
 197 cpu_send_ipiq(int dcpu)
 198 {
 199         if ((1 << dcpu) & smp_active_mask)
 200                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
 201                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
 202 #if 0
 203         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
 204 #endif
 205 }
 206
 207 void
 208 smp_invltlb(void)
 209 {
 210 #ifdef SMP
 211 #endif
 212 }
 213
 214 void
 215 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
 216 {
 217         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
 218 }
 219
 220 void
 221 selected_cpu_ipi(u_int target, int vector, int delivery_mode)
 222 {
 223         crit_enter();
 224         while (target) {
 225                 int n = bsfl(target);
 226                 target &= ~(1 << n);
 227                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
 228         }
 229         crit_exit();
 230 }
 231
 232 int
 233 stop_cpus(u_int map)
 234 {
 235         map &= smp_active_mask;
 236
 237         crit_enter();
 238         while (map) {
 239                 int n = bsfl(map);
 240                 map &= ~(1 << n);
 241                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGSTOP) != 0)
 242                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
 243         }
 244         crit_exit();
 245 #if 0
 246         panic("XXX stop_cpus()");
 247 #endif
 248
 249         return(1);
 250 }
 251
 252 int
 253 restart_cpus(u_int map)
 254 {
 255         map &= smp_active_mask;
 256
 257         crit_enter();
 258         while (map) {
 259                 int n = bsfl(map);
 260                 map &= ~(1 << n);
 261                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGCONT) != 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
 272 void
 273 ap_init(void)
 274 {
 275         /*
 276          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
 277          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
 278          * is waiting for our signal.
 279          *
 280          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
 281          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
 282          * trying to send us an IPI.
 283          */
 284         smp_startup_mask |= 1 << mycpu->gd_cpuid;
 285         cpu_mfence();
 286
 287         /*
 288          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
 289          * then get the MP lock.
 290          *
 291          * Note: We are in a critical section.
 292          *
 293          * Note: We have to synchronize td_mpcount to our desired MP state
 294          * before calling cpu_try_mplock().
 295          *
 296          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
 297          *
 298          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
 299          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
 300          * caching it.
 301          */
 302
 303         while (mp_finish == 0) {
 304                 cpu_lfence();
 305         }
 306         ++curthread->td_mpcount;
 307         while (cpu_try_mplock() == 0)
 308             ;
 309
 310         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
 311         cpu_invltlb();
 312
 313         /* Build our map of 'other' CPUs. */
 314         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~(1 << mycpu->gd_cpuid);
 315
 316         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
 317
 318
 319         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 320         mem_range_AP_init();
 321         /*
 322          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
 323          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
 324          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
 325          * message interlock could be left set which would also prevent
 326          * further IPIs.
 327          *
 328          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
 329          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
 330          * because we returning almost directly into the idle loop.
 331          *
 332          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
 333          * nothing we've done put it there.
 334          */
 335         KKASSERT(curthread->td_mpcount == 1);
 336         smp_active_mask |= 1 << mycpu->gd_cpuid;
 337
 338         mdcpu->gd_fpending = 0;
 339         mdcpu->gd_ipending = 0;
 340         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
 341         lwkt_process_ipiq();
 342
 343         /*
 344          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
 345          */
 346         rel_mplock();
 347         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
 348 }
 349
 350 void
 351 init_secondary(void)
 352 {
 353         int     myid = bootAP;
 354         struct mdglobaldata *md;
 355         struct privatespace *ps;
 356
 357         ps = &CPU_prvspace[myid];
 358
 359         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
 360
 361         /*
 362          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
 363          * point.
 364          */
 365         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
 366
 367         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
 368
 369         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
 370         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
 371         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
 372
 373         /*
 374          * Set to a known state:
 375          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 376          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 377          */
 378 }
 379
 380 static int
 381 start_all_aps(u_int boot_addr)
 382 {
 383         int x, i;
 384         struct mdglobaldata *gd;
 385         struct privatespace *ps;
 386         vm_page_t m;
 387         vm_offset_t va;
 388 #if 0
 389         struct lwp_params params;
 390 #endif
 391
 392         /*
 393          * needed for ipis to initial thread
 394          * FIXME: rename ap_tids?
 395          */
 396         ap_tids[0] = pthread_self();
 397
 398         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
 399         {
 400                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
 401                 va = (vm_offset_t)&CPU_prvspace[x];
 402                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
 403                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
 404                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 405                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 406                 }
 407
 408                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
 409                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
 410                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
 411                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
 412                 }
 413
 414                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
 415                 bzero(gd, sizeof(*gd));
 416                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
 417
 418                 /* prime data page for it to use */
 419                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
 420                 cpu_gdinit(gd, x);
 421
 422 #if 0
 423                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
 424                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
 425                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
 426                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
 427                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
 428                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
 429                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
 430                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
 431 #endif
 432
 433                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 434                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
 435
 436                 /*
 437                  * Setup the AP boot stack
 438                  */
 439                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
 440                 bootAP = x;
 441
 442                 /*
 443                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
 444                  */
 445                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
 446
 447                 while((smp_startup_mask & (1 << x)) == 0)
 448                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
 449
 450                 /* XXX hack, sleep for a second to let the APs start up */
 451                 sleep(1);
 452         }
 453
 454         return(ncpus - 1);
 455 }