d7e2a687e340c2ee7b98850a6a73c676bb4f03c6
[dragonfly.git] / 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 1.7 2007/08/15 03:10:49 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/cpu.h>
50 #include <machine/cpufunc.h>
51 #include <machine/globaldata.h>
52 #include <machine/md_var.h>
53 #include <machine/pmap.h>
54 #include <machine/smp.h>
55 #include <machine/tls.h>
56
57 #include <unistd.h>
58 #include <pthread.h>
59 #include <signal.h>
60 #include <stdio.h>
61
62 extern pt_entry_t *KPTphys;
63
64 volatile u_int  stopped_cpus;
65 cpumask_t       smp_active_mask = 1;  /* which cpus are ready for IPIs etc? */
66 static int      boot_address;
67 static cpumask_t smp_startup_mask = 1;  /* which cpus have been started */
68 int             mp_naps;                /* # of Applications processors */
69 static int  mp_finish;
70
71 /* function prototypes XXX these should go elsewhere */
72 void bootstrap_idle(void);
73 void single_cpu_ipi(int, int, int);
74 void selected_cpu_ipi(u_int, int, int);
75 #if 0
76 void ipi_handler(int);
77 #endif
78
79 pt_entry_t *SMPpt;
80
81 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
82 char *bootSTK;
83 static int bootAP;
84
85
86 /* XXX these need to go into the appropriate header file */
87 static int start_all_aps(u_int);
88 void init_secondary(void);
89 void *start_ap(void *);
90
91 /*
92  * Get SMP fully working before we start initializing devices.
93  */
94 static
95 void
96 ap_finish(void)
97 {
98         int i;
99         cpumask_t ncpus_mask = 0;
100
101         for (i = 1; i <= ncpus; i++)
102                 ncpus_mask |= (1 << i);
103
104         mp_finish = 1;
105         if (bootverbose)
106                 kprintf("Finish MP startup\n");
107
108         /* build our map of 'other' CPUs */
109         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~(1 << mycpu->gd_cpuid);
110
111         /*
112          * Let the other cpu's finish initializing and build their map
113          * of 'other' CPUs.
114          */
115         rel_mplock();
116         while (smp_active_mask != smp_startup_mask) {
117                 DELAY(100000);
118                 cpu_lfence();
119         }
120
121         while (try_mplock() == 0)
122                 DELAY(100000);
123         if (bootverbose)
124                 kprintf("Active CPU Mask: %08x\n", smp_active_mask);
125 }
126
127 SYSINIT(finishsmp, SI_BOOT2_FINISH_SMP, SI_ORDER_FIRST, ap_finish, NULL)
128
129
130 void *
131 start_ap(void *arg __unused)
132 {
133         init_secondary();
134         setrealcpu();
135         bootstrap_idle();
136
137         return(NULL); /* NOTREACHED */
138 }
139
140 /* storage for AP thread IDs */
141 pthread_t ap_tids[MAXCPU];
142
143 void
144 mp_start(void)
145 {
146         int shift;
147
148         ncpus = optcpus;
149
150         mp_naps = ncpus - 1;
151
152         /* ncpus2 -- ncpus rounded down to the nearest power of 2 */
153         for (shift = 0; (1 << shift) <= ncpus; ++shift)
154                 ;
155         --shift;
156         ncpus2_shift = shift;
157         ncpus2 = 1 << shift;
158         ncpus2_mask = ncpus2 - 1;
159
160         /* ncpus_fit -- ncpus rounded up to the nearest power of 2 */
161         if ((1 << shift) < ncpus)
162                 ++shift;
163         ncpus_fit = 1 << shift;
164         ncpus_fit_mask = ncpus_fit - 1;
165
166         /*
167          * cpu0 initialization
168          */
169         mycpu->gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map,
170                                             sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
171         bzero(mycpu->gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * ncpus);
172
173         /*
174          * cpu 1-(n-1)
175          */
176         start_all_aps(boot_address);
177
178 }
179
180 void
181 mp_announce(void)
182 {
183         int x;
184
185         kprintf("DragonFly/MP: Multiprocessor\n");
186         kprintf(" cpu0 (BSP)\n");
187
188         for (x = 1; x <= mp_naps; ++x)
189                 kprintf(" cpu%d (AP)\n", x);
190 }
191
192 void
193 forward_fastint_remote(void *arg)
194 {
195         panic("XXX forward_fastint_remote()");
196 }
197
198 void
199 cpu_send_ipiq(int dcpu)
200 {
201         if ((1 << dcpu) & smp_active_mask)
202                 if (pthread_kill(ap_tids[dcpu], SIGUSR1) != 0)
203                         panic("pthread_kill failed in cpu_send_ipiq");
204 #if 0
205         panic("XXX cpu_send_ipiq()");
206 #endif
207 }
208
209 void
210 smp_invltlb(void)
211 {
212 #ifdef SMP
213 #endif
214 }
215
216 void
217 single_cpu_ipi(int cpu, int vector, int delivery_mode)
218 {
219         kprintf("XXX single_cpu_ipi\n");
220 }
221
222 void
223 selected_cpu_ipi(u_int target, int vector, int delivery_mode)
224 {
225         crit_enter();
226         while (target) {
227                 int n = bsfl(target);
228                 target &= ~(1 << n);
229                 single_cpu_ipi(n, vector, delivery_mode);
230         }
231         crit_exit();
232 }
233
234 int
235 stop_cpus(u_int map)
236 {
237         map &= smp_active_mask;
238
239         crit_enter();
240         while (map) {
241                 int n = bsfl(map);
242                 map &= ~(1 << n);
243                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGSTOP) != 0)
244                         panic("stop_cpus: pthread_kill failed");
245         }
246         crit_exit();
247 #if 0
248         panic("XXX stop_cpus()");
249 #endif
250
251         return(1);
252 }
253
254 int
255 restart_cpus(u_int map)
256 {
257         map &= smp_active_mask;
258
259         crit_enter();
260         while (map) {
261                 int n = bsfl(map);
262                 map &= ~(1 << n);
263                 if (pthread_kill(ap_tids[n], SIGCONT) != 0)
264                         panic("restart_cpus: pthread_kill failed");
265         }
266         crit_exit();
267 #if 0
268         panic("XXX restart_cpus()");
269 #endif
270
271         return(1);
272 }
273
274 void
275 ap_init(void)
276 {
277         /*
278          * Adjust smp_startup_mask to signal the BSP that we have started
279          * up successfully.  Note that we do not yet hold the BGL.  The BSP
280          * is waiting for our signal.
281          *
282          * We can't set our bit in smp_active_mask yet because we are holding
283          * interrupts physically disabled and remote cpus could deadlock
284          * trying to send us an IPI.
285          */
286         smp_startup_mask |= 1 << mycpu->gd_cpuid;
287         cpu_mfence();
288
289         /*
290          * Interlock for finalization.  Wait until mp_finish is non-zero,
291          * then get the MP lock.
292          *
293          * Note: We are in a critical section.
294          *
295          * Note: We have to synchronize td_mpcount to our desired MP state
296          * before calling cpu_try_mplock().
297          *
298          * Note: we are the idle thread, we can only spin.
299          *
300          * Note: The load fence is memory volatile and prevents the compiler
301          * from improperly caching mp_finish, and the cpu from improperly
302          * caching it.
303          */
304
305         while (mp_finish == 0) {
306                 cpu_lfence();
307                 DELAY(500000);
308         }
309         ++curthread->td_mpcount;
310         while (cpu_try_mplock() == 0)
311                 DELAY(100000);
312
313         /* BSP may have changed PTD while we're waiting for the lock */
314         cpu_invltlb();
315
316         /* Build our map of 'other' CPUs. */
317         mycpu->gd_other_cpus = smp_startup_mask & ~(1 << mycpu->gd_cpuid);
318
319         kprintf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", mycpu->gd_cpuid);
320
321
322         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
323         mem_range_AP_init();
324         /*
325          * Once we go active we must process any IPIQ messages that may
326          * have been queued, because no actual IPI will occur until we
327          * set our bit in the smp_active_mask.  If we don't the IPI
328          * message interlock could be left set which would also prevent
329          * further IPIs.
330          *
331          * The idle loop doesn't expect the BGL to be held and while
332          * lwkt_switch() normally cleans things up this is a special case
333          * because we returning almost directly into the idle loop.
334          *
335          * The idle thread is never placed on the runq, make sure
336          * nothing we've done put it there.
337          */
338         KKASSERT(curthread->td_mpcount == 1);
339         smp_active_mask |= 1 << mycpu->gd_cpuid;
340
341         mdcpu->gd_fpending = 0;
342         mdcpu->gd_ipending = 0;
343         initclocks_pcpu();      /* clock interrupts (via IPIs) */
344         lwkt_process_ipiq();
345
346         /*
347          * Releasing the mp lock lets the BSP finish up the SMP init
348          */
349         rel_mplock();
350         KKASSERT((curthread->td_flags & TDF_RUNQ) == 0);
351 }
352
353 void
354 init_secondary(void)
355 {
356         int     myid = bootAP;
357         struct mdglobaldata *md;
358         struct privatespace *ps;
359
360         ps = &CPU_prvspace[myid];
361
362         KKASSERT(ps->mdglobaldata.mi.gd_prvspace == ps);
363
364         /*
365          * Setup the %gs for cpu #n.  The mycpu macro works after this
366          * point.
367          */
368         tls_set_fs(&CPU_prvspace[myid], sizeof(struct privatespace));
369
370         md = mdcpu;     /* loaded through %fs:0 (mdglobaldata.mi.gd_prvspace)*/
371
372         md->gd_common_tss.tss_esp0 = 0; /* not used until after switch */
373         md->gd_common_tss.tss_ss0 = GSEL(GDATA_SEL, SEL_KPL);
374         md->gd_common_tss.tss_ioopt = (sizeof md->gd_common_tss) << 16;
375
376         /*
377          * Set to a known state:
378          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
379          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
380          */
381 }
382
383 static int
384 start_all_aps(u_int boot_addr)
385 {
386         int x, i;
387         struct mdglobaldata *gd;
388         struct privatespace *ps;
389         vm_page_t m;
390         vm_offset_t va;
391 #if 0
392         struct lwp_params params;
393 #endif
394
395         /*
396          * needed for ipis to initial thread
397          * FIXME: rename ap_tids?
398          */
399         ap_tids[0] = pthread_self();
400
401         for (x = 1; x <= mp_naps; x++)
402         {
403                 /* Allocate space for the CPU's private space. */
404                 va = (vm_offset_t)&CPU_prvspace[x];
405                 for (i = 0; i < sizeof(struct mdglobaldata); i += PAGE_SIZE) {
406                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].mdglobaldata + i;
407                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
408                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
409                 }
410
411                 for (i = 0; i < sizeof(CPU_prvspace[x].idlestack); i += PAGE_SIZE) {
412                         va =(vm_offset_t)&CPU_prvspace[x].idlestack + i;
413                         m = vm_page_alloc(&kernel_object, va, VM_ALLOC_SYSTEM);
414                         pmap_kenter_quick(va, m->phys_addr);
415                 }
416
417                 gd = &CPU_prvspace[x].mdglobaldata;     /* official location */
418                 bzero(gd, sizeof(*gd));
419                 gd->mi.gd_prvspace = ps = &CPU_prvspace[x];
420
421                 /* prime data page for it to use */
422                 mi_gdinit(&gd->mi, x);
423                 cpu_gdinit(gd, x);
424
425 #if 0
426                 gd->gd_CMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE1);
427                 gd->gd_CMAP2 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE2);
428                 gd->gd_CMAP3 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].CPAGE3);
429                 gd->gd_PMAP1 = pmap_kpte((vm_offset_t)CPU_prvspace[x].PPAGE1);
430                 gd->gd_CADDR1 = ps->CPAGE1;
431                 gd->gd_CADDR2 = ps->CPAGE2;
432                 gd->gd_CADDR3 = ps->CPAGE3;
433                 gd->gd_PADDR1 = (vpte_t *)ps->PPAGE1;
434 #endif
435
436                 gd->mi.gd_ipiq = (void *)kmem_alloc(&kernel_map, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
437                 bzero(gd->mi.gd_ipiq, sizeof(lwkt_ipiq) * (mp_naps + 1));
438
439                 /*
440                  * Setup the AP boot stack
441                  */
442                 bootSTK = &ps->idlestack[UPAGES*PAGE_SIZE/2];
443                 bootAP = x;
444
445                 /*
446                  * Setup the AP's lwp, this is the 'cpu'
447                  *
448                  * We have to make sure our signals are masked or the new LWP
449                  * may pick up a signal that it isn't ready for yet.  SMP
450                  * startup occurs after SI_BOOT2_LEAVE_CRIT so interrupts
451                  * have already been enabled.
452                  */
453                 cpu_disable_intr();
454                 pthread_create(&ap_tids[x], NULL, start_ap, NULL);
455                 cpu_enable_intr();
456
457                 while((smp_startup_mask & (1 << x)) == 0) {
458                         cpu_lfence(); /* XXX spin until the AP has started */
459                         DELAY(1000);
460                 }
461         }
462
463         return(ncpus - 1);
464 }