sys/amd64/amd64/cpu_switch.S

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm.
   3  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   7  * William Jolitz.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19  *    without specific prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  * $FreeBSD$
  34  */
  35
  36 #include <machine/asmacros.h>
  37 #include <machine/specialreg.h>
  38
  39 #include "assym.s"
  40 #include "opt_sched.h"
  41
  42 /*****************************************************************************/
  43 /* Scheduling                                                                */
  44 /*****************************************************************************/
  45
  46         .text
  47
  48 #ifdef SMP
  49 #define LK      lock ;
  50 #else
  51 #define LK
  52 #endif
  53
  54 #if defined(SCHED_ULE) && defined(SMP)
  55 #define SETLK   xchgq
  56 #else
  57 #define SETLK   movq
  58 #endif
  59
  60 /*
  61  * cpu_throw()
  62  *
  63  * This is the second half of cpu_switch(). It is used when the current
  64  * thread is either a dummy or slated to die, and we no longer care
  65  * about its state.  This is only a slight optimization and is probably
  66  * not worth it anymore.  Note that we need to clear the pm_active bits so
  67  * we do need the old proc if it still exists.
  68  * %rdi = oldtd
  69  * %rsi = newtd
  70  */
  71 ENTRY(cpu_throw)
  72         movq    %rsi,%r12
  73         movq    %rsi,%rdi
  74         call    pmap_activate_sw
  75         jmp     sw1
  76 END(cpu_throw)
  77
  78 /*
  79  * cpu_switch(old, new, mtx)
  80  *
  81  * Save the current thread state, then select the next thread to run
  82  * and load its state.
  83  * %rdi = oldtd
  84  * %rsi = newtd
  85  * %rdx = mtx
  86  */
  87 ENTRY(cpu_switch)
  88         /* Switch to new thread.  First, save context. */
  89         movq    TD_PCB(%rdi),%r8
  90         orl     $PCB_FULL_IRET,PCB_FLAGS(%r8)
  91
  92         movq    (%rsp),%rax                     /* Hardware registers */
  93         movq    %r15,PCB_R15(%r8)
  94         movq    %r14,PCB_R14(%r8)
  95         movq    %r13,PCB_R13(%r8)
  96         movq    %r12,PCB_R12(%r8)
  97         movq    %rbp,PCB_RBP(%r8)
  98         movq    %rsp,PCB_RSP(%r8)
  99         movq    %rbx,PCB_RBX(%r8)
 100         movq    %rax,PCB_RIP(%r8)
 101
 102         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 103         jnz     store_dr                        /* static predict not taken */
 104 done_store_dr:
 105
 106         /* have we used fp, and need a save? */
 107         cmpq    %rdi,PCPU(FPCURTHREAD)
 108         jne     3f
 109         movq    PCB_SAVEFPU(%r8),%r8
 110         clts
 111         cmpl    $0,use_xsave
 112         jne     1f
 113         fxsave  (%r8)
 114         jmp     2f
 115 1:      movq    %rdx,%rcx
 116         movl    xsave_mask,%eax
 117         movl    xsave_mask+4,%edx
 118         .globl  ctx_switch_xsave
 119 ctx_switch_xsave:
 120         /* This is patched to xsaveopt if supported, see fpuinit_bsp1() */
 121         xsave   (%r8)
 122         movq    %rcx,%rdx
 123 2:      smsw    %ax
 124         orb     $CR0_TS,%al
 125         lmsw    %ax
 126         xorl    %eax,%eax
 127         movq    %rax,PCPU(FPCURTHREAD)
 128 3:
 129         /* Save is done.  Now fire up new thread. Leave old vmspace. */
 130         movq    %rsi,%r12
 131         movq    %rdi,%r13
 132         movq    %rdx,%r15
 133         movq    %rsi,%rdi
 134         callq   pmap_activate_sw
 135         SETLK   %r15,TD_LOCK(%r13)              /* Release the old thread */
 136 sw1:
 137         movq    TD_PCB(%r12),%r8
 138 #if defined(SCHED_ULE) && defined(SMP)
 139         /* Wait for the new thread to become unblocked */
 140         movq    $blocked_lock, %rdx
 141 1:
 142         movq    TD_LOCK(%r12),%rcx
 143         cmpq    %rcx, %rdx
 144         pause
 145         je      1b
 146 #endif
 147         /*
 148          * At this point, we've switched address spaces and are ready
 149          * to load up the rest of the next context.
 150          */
 151
 152         /* Skip loading user fsbase/gsbase for kthreads */
 153         testl   $TDP_KTHREAD,TD_PFLAGS(%r12)
 154         jnz     do_kthread
 155
 156         /*
 157          * Load ldt register
 158          */
 159         movq    TD_PROC(%r12),%rcx
 160         cmpq    $0, P_MD+MD_LDT(%rcx)
 161         jne     do_ldt
 162         xorl    %eax,%eax
 163 ld_ldt: lldt    %ax
 164
 165         /* Restore fs base in GDT */
 166         movl    PCB_FSBASE(%r8),%eax
 167         movq    PCPU(FS32P),%rdx
 168         movw    %ax,2(%rdx)
 169         shrl    $16,%eax
 170         movb    %al,4(%rdx)
 171         shrl    $8,%eax
 172         movb    %al,7(%rdx)
 173
 174         /* Restore gs base in GDT */
 175         movl    PCB_GSBASE(%r8),%eax
 176         movq    PCPU(GS32P),%rdx
 177         movw    %ax,2(%rdx)
 178         shrl    $16,%eax
 179         movb    %al,4(%rdx)
 180         shrl    $8,%eax
 181         movb    %al,7(%rdx)
 182
 183 do_kthread:
 184         /* Do we need to reload tss ? */
 185         movq    PCPU(TSSP),%rax
 186         movq    PCB_TSSP(%r8),%rdx
 187         testq   %rdx,%rdx
 188         cmovzq  PCPU(COMMONTSSP),%rdx
 189         cmpq    %rax,%rdx
 190         jne     do_tss
 191 done_tss:
 192         movq    %r8,PCPU(RSP0)
 193         movq    %r8,PCPU(CURPCB)
 194         /* Update the TSS_RSP0 pointer for the next interrupt */
 195         movq    %r8,COMMON_TSS_RSP0(%rdx)
 196         movq    %r12,PCPU(CURTHREAD)            /* into next thread */
 197
 198         /* Test if debug registers should be restored. */
 199         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 200         jnz     load_dr                         /* static predict not taken */
 201 done_load_dr:
 202
 203         /* Restore context. */
 204         movq    PCB_R15(%r8),%r15
 205         movq    PCB_R14(%r8),%r14
 206         movq    PCB_R13(%r8),%r13
 207         movq    PCB_R12(%r8),%r12
 208         movq    PCB_RBP(%r8),%rbp
 209         movq    PCB_RSP(%r8),%rsp
 210         movq    PCB_RBX(%r8),%rbx
 211         movq    PCB_RIP(%r8),%rax
 212         movq    %rax,(%rsp)
 213         ret
 214
 215         /*
 216          * We order these strangely for several reasons.
 217          * 1: I wanted to use static branch prediction hints
 218          * 2: Most athlon64/opteron cpus don't have them.  They define
 219          *    a forward branch as 'predict not taken'.  Intel cores have
 220          *    the 'rep' prefix to invert this.
 221          * So, to make it work on both forms of cpu we do the detour.
 222          * We use jumps rather than call in order to avoid the stack.
 223          */
 224
 225 store_dr:
 226         movq    %dr7,%rax                       /* yes, do the save */
 227         movq    %dr0,%r15
 228         movq    %dr1,%r14
 229         movq    %dr2,%r13
 230         movq    %dr3,%r12
 231         movq    %dr6,%r11
 232         movq    %r15,PCB_DR0(%r8)
 233         movq    %r14,PCB_DR1(%r8)
 234         movq    %r13,PCB_DR2(%r8)
 235         movq    %r12,PCB_DR3(%r8)
 236         movq    %r11,PCB_DR6(%r8)
 237         movq    %rax,PCB_DR7(%r8)
 238         andq    $0x0000fc00, %rax               /* disable all watchpoints */
 239         movq    %rax,%dr7
 240         jmp     done_store_dr
 241
 242 load_dr:
 243         movq    %dr7,%rax
 244         movq    PCB_DR0(%r8),%r15
 245         movq    PCB_DR1(%r8),%r14
 246         movq    PCB_DR2(%r8),%r13
 247         movq    PCB_DR3(%r8),%r12
 248         movq    PCB_DR6(%r8),%r11
 249         movq    PCB_DR7(%r8),%rcx
 250         movq    %r15,%dr0
 251         movq    %r14,%dr1
 252         /* Preserve reserved bits in %dr7 */
 253         andq    $0x0000fc00,%rax
 254         andq    $~0x0000fc00,%rcx
 255         movq    %r13,%dr2
 256         movq    %r12,%dr3
 257         orq     %rcx,%rax
 258         movq    %r11,%dr6
 259         movq    %rax,%dr7
 260         jmp     done_load_dr
 261
 262 do_tss: movq    %rdx,PCPU(TSSP)
 263         movq    %rdx,%rcx
 264         movq    PCPU(TSS),%rax
 265         movw    %cx,2(%rax)
 266         shrq    $16,%rcx
 267         movb    %cl,4(%rax)
 268         shrq    $8,%rcx
 269         movb    %cl,7(%rax)
 270         shrq    $8,%rcx
 271         movl    %ecx,8(%rax)
 272         movb    $0x89,5(%rax)   /* unset busy */
 273         movl    $TSSSEL,%eax
 274         ltr     %ax
 275         jmp     done_tss
 276
 277 do_ldt: movq    PCPU(LDT),%rax
 278         movq    P_MD+MD_LDT_SD(%rcx),%rdx
 279         movq    %rdx,(%rax)
 280         movq    P_MD+MD_LDT_SD+8(%rcx),%rdx
 281         movq    %rdx,8(%rax)
 282         movl    $LDTSEL,%eax
 283         jmp     ld_ldt
 284 END(cpu_switch)
 285
 286 /*
 287  * savectx(pcb)
 288  * Update pcb, saving current processor state.
 289  */
 290 ENTRY(savectx)
 291         /* Save caller's return address. */
 292         movq    (%rsp),%rax
 293         movq    %rax,PCB_RIP(%rdi)
 294
 295         movq    %rbx,PCB_RBX(%rdi)
 296         movq    %rsp,PCB_RSP(%rdi)
 297         movq    %rbp,PCB_RBP(%rdi)
 298         movq    %r12,PCB_R12(%rdi)
 299         movq    %r13,PCB_R13(%rdi)
 300         movq    %r14,PCB_R14(%rdi)
 301         movq    %r15,PCB_R15(%rdi)
 302
 303         movq    %cr0,%rax
 304         movq    %rax,PCB_CR0(%rdi)
 305         movq    %cr2,%rax
 306         movq    %rax,PCB_CR2(%rdi)
 307         movq    %cr3,%rax
 308         movq    %rax,PCB_CR3(%rdi)
 309         movq    %cr4,%rax
 310         movq    %rax,PCB_CR4(%rdi)
 311
 312         movq    %dr0,%rax
 313         movq    %rax,PCB_DR0(%rdi)
 314         movq    %dr1,%rax
 315         movq    %rax,PCB_DR1(%rdi)
 316         movq    %dr2,%rax
 317         movq    %rax,PCB_DR2(%rdi)
 318         movq    %dr3,%rax
 319         movq    %rax,PCB_DR3(%rdi)
 320         movq    %dr6,%rax
 321         movq    %rax,PCB_DR6(%rdi)
 322         movq    %dr7,%rax
 323         movq    %rax,PCB_DR7(%rdi)
 324
 325         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 326         rdmsr
 327         movl    %eax,PCB_FSBASE(%rdi)
 328         movl    %edx,PCB_FSBASE+4(%rdi)
 329         movl    $MSR_GSBASE,%ecx
 330         rdmsr
 331         movl    %eax,PCB_GSBASE(%rdi)
 332         movl    %edx,PCB_GSBASE+4(%rdi)
 333         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 334         rdmsr
 335         movl    %eax,PCB_KGSBASE(%rdi)
 336         movl    %edx,PCB_KGSBASE+4(%rdi)
 337         movl    $MSR_EFER,%ecx
 338         rdmsr
 339         movl    %eax,PCB_EFER(%rdi)
 340         movl    %edx,PCB_EFER+4(%rdi)
 341         movl    $MSR_STAR,%ecx
 342         rdmsr
 343         movl    %eax,PCB_STAR(%rdi)
 344         movl    %edx,PCB_STAR+4(%rdi)
 345         movl    $MSR_LSTAR,%ecx
 346         rdmsr
 347         movl    %eax,PCB_LSTAR(%rdi)
 348         movl    %edx,PCB_LSTAR+4(%rdi)
 349         movl    $MSR_CSTAR,%ecx
 350         rdmsr
 351         movl    %eax,PCB_CSTAR(%rdi)
 352         movl    %edx,PCB_CSTAR+4(%rdi)
 353         movl    $MSR_SF_MASK,%ecx
 354         rdmsr
 355         movl    %eax,PCB_SFMASK(%rdi)
 356         movl    %edx,PCB_SFMASK+4(%rdi)
 357
 358         sgdt    PCB_GDT(%rdi)
 359         sidt    PCB_IDT(%rdi)
 360         sldt    PCB_LDT(%rdi)
 361         str     PCB_TR(%rdi)
 362
 363         movl    $1,%eax
 364         ret
 365 END(savectx)
 366
 367 /*
 368  * resumectx(pcb)
 369  * Resuming processor state from pcb.
 370  */
 371 ENTRY(resumectx)
 372         /* Switch to KPML4phys. */
 373         movq    KPML4phys,%rax
 374         movq    %rax,%cr3
 375
 376         /* Force kernel segment registers. */
 377         movl    $KDSEL,%eax
 378         movw    %ax,%ds
 379         movw    %ax,%es
 380         movw    %ax,%ss
 381         movl    $KUF32SEL,%eax
 382         movw    %ax,%fs
 383         movl    $KUG32SEL,%eax
 384         movw    %ax,%gs
 385
 386         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 387         movl    PCB_FSBASE(%rdi),%eax
 388         movl    4 + PCB_FSBASE(%rdi),%edx
 389         wrmsr
 390         movl    $MSR_GSBASE,%ecx
 391         movl    PCB_GSBASE(%rdi),%eax
 392         movl    4 + PCB_GSBASE(%rdi),%edx
 393         wrmsr
 394         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 395         movl    PCB_KGSBASE(%rdi),%eax
 396         movl    4 + PCB_KGSBASE(%rdi),%edx
 397         wrmsr
 398
 399         /* Restore EFER. */
 400         movl    $MSR_EFER,%ecx
 401         movl    PCB_EFER(%rdi),%eax
 402         wrmsr
 403
 404         /* Restore fast syscall stuff. */
 405         movl    $MSR_STAR,%ecx
 406         movl    PCB_STAR(%rdi),%eax
 407         movl    4 + PCB_STAR(%rdi),%edx
 408         wrmsr
 409         movl    $MSR_LSTAR,%ecx
 410         movl    PCB_LSTAR(%rdi),%eax
 411         movl    4 + PCB_LSTAR(%rdi),%edx
 412         wrmsr
 413         movl    $MSR_CSTAR,%ecx
 414         movl    PCB_CSTAR(%rdi),%eax
 415         movl    4 + PCB_CSTAR(%rdi),%edx
 416         wrmsr
 417         movl    $MSR_SF_MASK,%ecx
 418         movl    PCB_SFMASK(%rdi),%eax
 419         wrmsr
 420
 421         /* Restore CR0, CR2, CR4 and CR3. */
 422         movq    PCB_CR0(%rdi),%rax
 423         movq    %rax,%cr0
 424         movq    PCB_CR2(%rdi),%rax
 425         movq    %rax,%cr2
 426         movq    PCB_CR4(%rdi),%rax
 427         movq    %rax,%cr4
 428         movq    PCB_CR3(%rdi),%rax
 429         movq    %rax,%cr3
 430
 431         /* Restore descriptor tables. */
 432         lidt    PCB_IDT(%rdi)
 433         lldt    PCB_LDT(%rdi)
 434
 435 #define SDT_SYSTSS      9
 436 #define SDT_SYSBSY      11
 437
 438         /* Clear "task busy" bit and reload TR. */
 439         movq    PCPU(TSS),%rax
 440         andb    $(~SDT_SYSBSY | SDT_SYSTSS),5(%rax)
 441         movw    PCB_TR(%rdi),%ax
 442         ltr     %ax
 443
 444 #undef  SDT_SYSTSS
 445 #undef  SDT_SYSBSY
 446
 447         /* Restore debug registers. */
 448         movq    PCB_DR0(%rdi),%rax
 449         movq    %rax,%dr0
 450         movq    PCB_DR1(%rdi),%rax
 451         movq    %rax,%dr1
 452         movq    PCB_DR2(%rdi),%rax
 453         movq    %rax,%dr2
 454         movq    PCB_DR3(%rdi),%rax
 455         movq    %rax,%dr3
 456         movq    PCB_DR6(%rdi),%rax
 457         movq    %rax,%dr6
 458         movq    PCB_DR7(%rdi),%rax
 459         movq    %rax,%dr7
 460
 461         /* Restore other callee saved registers. */
 462         movq    PCB_R15(%rdi),%r15
 463         movq    PCB_R14(%rdi),%r14
 464         movq    PCB_R13(%rdi),%r13
 465         movq    PCB_R12(%rdi),%r12
 466         movq    PCB_RBP(%rdi),%rbp
 467         movq    PCB_RSP(%rdi),%rsp
 468         movq    PCB_RBX(%rdi),%rbx
 469
 470         /* Restore return address. */
 471         movq    PCB_RIP(%rdi),%rax
 472         movq    %rax,(%rsp)
 473
 474         xorl    %eax,%eax
 475         ret
 476 END(resumectx)