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  * 3. 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.inc"
  40 #include "opt_sched.h"
  41
  42 /*****************************************************************************/
  43 /* Scheduling                                                                */
  44 /*****************************************************************************/
  45
  46         .text
  47
  48 /*
  49  * cpu_throw()
  50  *
  51  * This is the second half of cpu_switch(). It is used when the current
  52  * thread is either a dummy or slated to die, and we no longer care
  53  * about its state.  This is only a slight optimization and is probably
  54  * not worth it anymore.  Note that we need to clear the pm_active bits so
  55  * we do need the old proc if it still exists.
  56  * %rdi = oldtd
  57  * %rsi = newtd
  58  */
  59 ENTRY(cpu_throw)
  60         movq    %rsi,%r12
  61         movq    %rsi,%rdi
  62         call    pmap_activate_sw
  63         jmp     sw1
  64 END(cpu_throw)
  65
  66 /*
  67  * cpu_switch(old, new, mtx)
  68  *
  69  * Save the current thread state, then select the next thread to run
  70  * and load its state.
  71  * %rdi = oldtd
  72  * %rsi = newtd
  73  * %rdx = mtx
  74  */
  75 ENTRY(cpu_switch)
  76         /* Switch to new thread.  First, save context. */
  77         leaq    TD_MD_PCB(%rdi),%r8
  78
  79         movq    (%rsp),%rax                     /* Hardware registers */
  80         movq    %r15,PCB_R15(%r8)
  81         movq    %r14,PCB_R14(%r8)
  82         movq    %r13,PCB_R13(%r8)
  83         movq    %r12,PCB_R12(%r8)
  84         movq    %rbp,PCB_RBP(%r8)
  85         movq    %rsp,PCB_RSP(%r8)
  86         movq    %rbx,PCB_RBX(%r8)
  87         movq    %rax,PCB_RIP(%r8)
  88
  89         testl   $PCB_FULL_IRET,PCB_FLAGS(%r8)
  90         jnz     2f
  91         orl     $PCB_FULL_IRET,PCB_FLAGS(%r8)
  92         testl   $TDP_KTHREAD,TD_PFLAGS(%rdi)
  93         jnz     2f
  94         testb   $CPUID_STDEXT_FSGSBASE,cpu_stdext_feature(%rip)
  95         jz      2f
  96         movl    %fs,%eax
  97         cmpl    $KUF32SEL,%eax
  98         jne     1f
  99         rdfsbase %rax
 100         movq    %rax,PCB_FSBASE(%r8)
 101 1:      movl    %gs,%eax
 102         cmpl    $KUG32SEL,%eax
 103         jne     2f
 104         movq    %rdx,%r12
 105         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx               /* Read user gs base */
 106         rdmsr
 107         shlq    $32,%rdx
 108         orq     %rdx,%rax
 109         movq    %rax,PCB_GSBASE(%r8)
 110         movq    %r12,%rdx
 111
 112 2:
 113         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 114         jnz     store_dr                        /* static predict not taken */
 115 done_store_dr:
 116
 117         /* have we used fp, and need a save? */
 118         cmpq    %rdi,PCPU(FPCURTHREAD)
 119         jne     ctx_switch_fpusave_done
 120         movq    PCB_SAVEFPU(%r8),%r9
 121         clts
 122         cmpl    $0,use_xsave(%rip)
 123         jne     1f
 124         fxsave  (%r9)
 125         jmp     ctx_switch_fpusave_done
 126 1:      movq    %rdx,%rcx
 127         movl    xsave_mask,%eax
 128         movl    xsave_mask+4,%edx
 129         testl   $PCB_32BIT,PCB_FLAGS(%r8)
 130         jne     ctx_switch_xsave32
 131         .globl  ctx_switch_xsave
 132 ctx_switch_xsave:
 133         /* This is patched to xsaveopt if supported, see fpuinit_bsp1() */
 134         xsave64 (%r9)
 135 ctx_switch_xsave_done:
 136         movq    %rcx,%rdx
 137 ctx_switch_fpusave_done:
 138         /* Save is done.  Now fire up new thread. Leave old vmspace. */
 139         movq    %rsi,%r12
 140         movq    %rdi,%r13
 141         movq    %rdx,%r15
 142         movq    %rsi,%rdi
 143         callq   pmap_activate_sw
 144         movq    %r15,TD_LOCK(%r13)              /* Release the old thread */
 145 sw1:
 146         leaq    TD_MD_PCB(%r12),%r8
 147 #if defined(SCHED_ULE) && defined(SMP)
 148         movq    $blocked_lock, %rdx
 149         movq    TD_LOCK(%r12),%rcx
 150         cmpq    %rcx, %rdx
 151         je      sw1wait
 152 sw1cont:
 153 #endif
 154         /*
 155          * At this point, we've switched address spaces and are ready
 156          * to load up the rest of the next context.
 157          */
 158
 159         /* Skip loading LDT and user fsbase/gsbase for kthreads */
 160         testl   $TDP_KTHREAD,TD_PFLAGS(%r12)
 161         jnz     do_kthread
 162
 163         /*
 164          * Load ldt register
 165          */
 166         movq    TD_PROC(%r12),%rcx
 167         cmpq    $0, P_MD+MD_LDT(%rcx)
 168         jne     do_ldt
 169         xorl    %eax,%eax
 170 ld_ldt: lldt    %ax
 171
 172         /* Restore fs base in GDT */
 173         movl    PCB_FSBASE(%r8),%eax
 174         movq    PCPU(FS32P),%rdx
 175         movw    %ax,2(%rdx)
 176         shrl    $16,%eax
 177         movb    %al,4(%rdx)
 178         shrl    $8,%eax
 179         movb    %al,7(%rdx)
 180
 181         /* Restore gs base in GDT */
 182         movl    PCB_GSBASE(%r8),%eax
 183         movq    PCPU(GS32P),%rdx
 184         movw    %ax,2(%rdx)
 185         shrl    $16,%eax
 186         movb    %al,4(%rdx)
 187         shrl    $8,%eax
 188         movb    %al,7(%rdx)
 189
 190 do_kthread:
 191         /* Do we need to reload tss ? */
 192         movq    PCPU(TSSP),%rax
 193         movq    PCB_TSSP(%r8),%rdx
 194         movq    PCPU(PRVSPACE),%r13
 195         addq    $PC_COMMONTSS,%r13
 196         testq   %rdx,%rdx
 197         cmovzq  %r13,%rdx
 198         cmpq    %rax,%rdx
 199         jne     do_tss
 200 done_tss:
 201         movq    TD_MD_STACK_BASE(%r12),%r9
 202         movq    %r9,PCPU(RSP0)
 203         movq    %r8,PCPU(CURPCB)
 204         movq    PCPU(PTI_RSP0),%rax
 205         cmpq    $~0,PCPU(UCR3)
 206         cmove   %r9,%rax
 207         movq    %rax,TSS_RSP0(%rdx)
 208         movq    %r12,PCPU(CURTHREAD)            /* into next thread */
 209
 210         /* Test if debug registers should be restored. */
 211         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 212         jnz     load_dr                         /* static predict not taken */
 213 done_load_dr:
 214
 215         /* Restore context. */
 216         movq    PCB_R15(%r8),%r15
 217         movq    PCB_R14(%r8),%r14
 218         movq    PCB_R13(%r8),%r13
 219         movq    PCB_R12(%r8),%r12
 220         movq    PCB_RBP(%r8),%rbp
 221         movq    PCB_RSP(%r8),%rsp
 222         movq    PCB_RBX(%r8),%rbx
 223         movq    PCB_RIP(%r8),%rax
 224         movq    %rax,(%rsp)
 225         movq    PCPU(CURTHREAD),%rdi
 226         call    fpu_activate_sw
 227         cmpb    $0,cpu_flush_rsb_ctxsw(%rip)
 228         jne     rsb_flush
 229         ret
 230
 231         /*
 232          * We order these strangely for several reasons.
 233          * 1: I wanted to use static branch prediction hints
 234          * 2: Most athlon64/opteron cpus don't have them.  They define
 235          *    a forward branch as 'predict not taken'.  Intel cores have
 236          *    the 'rep' prefix to invert this.
 237          * So, to make it work on both forms of cpu we do the detour.
 238          * We use jumps rather than call in order to avoid the stack.
 239          */
 240
 241 store_dr:
 242         movq    %dr7,%rax                       /* yes, do the save */
 243         movq    %dr0,%r15
 244         movq    %dr1,%r14
 245         movq    %dr2,%r13
 246         movq    %dr3,%r12
 247         movq    %dr6,%r11
 248         movq    %r15,PCB_DR0(%r8)
 249         movq    %r14,PCB_DR1(%r8)
 250         movq    %r13,PCB_DR2(%r8)
 251         movq    %r12,PCB_DR3(%r8)
 252         movq    %r11,PCB_DR6(%r8)
 253         movq    %rax,PCB_DR7(%r8)
 254         andq    $0x0000fc00, %rax               /* disable all watchpoints */
 255         movq    %rax,%dr7
 256         jmp     done_store_dr
 257
 258 load_dr:
 259         movq    %dr7,%rax
 260         movq    PCB_DR0(%r8),%r15
 261         movq    PCB_DR1(%r8),%r14
 262         movq    PCB_DR2(%r8),%r13
 263         movq    PCB_DR3(%r8),%r12
 264         movq    PCB_DR6(%r8),%r11
 265         movq    PCB_DR7(%r8),%rcx
 266         movq    %r15,%dr0
 267         movq    %r14,%dr1
 268         /* Preserve reserved bits in %dr7 */
 269         andq    $0x0000fc00,%rax
 270         andq    $~0x0000fc00,%rcx
 271         movq    %r13,%dr2
 272         movq    %r12,%dr3
 273         orq     %rcx,%rax
 274         movq    %r11,%dr6
 275         movq    %rax,%dr7
 276         jmp     done_load_dr
 277
 278 do_tss: movq    %rdx,PCPU(TSSP)
 279         movq    %rdx,%rcx
 280         movq    PCPU(TSS),%rax
 281         movw    %cx,2(%rax)
 282         shrq    $16,%rcx
 283         movb    %cl,4(%rax)
 284         shrq    $8,%rcx
 285         movb    %cl,7(%rax)
 286         shrq    $8,%rcx
 287         movl    %ecx,8(%rax)
 288         movb    $0x89,5(%rax)   /* unset busy */
 289         movl    $TSSSEL,%eax
 290         ltr     %ax
 291         jmp     done_tss
 292
 293 do_ldt: movq    PCPU(LDT),%rax
 294         movq    P_MD+MD_LDT_SD(%rcx),%rdx
 295         movq    %rdx,(%rax)
 296         movq    P_MD+MD_LDT_SD+8(%rcx),%rdx
 297         movq    %rdx,8(%rax)
 298         movl    $LDTSEL,%eax
 299         jmp     ld_ldt
 300
 301         .globl  ctx_switch_xsave32
 302 ctx_switch_xsave32:
 303         xsave   (%r9)
 304         jmp     ctx_switch_xsave_done
 305 END(cpu_switch)
 306
 307 /*
 308  * savectx(pcb)
 309  * Update pcb, saving current processor state.
 310  */
 311 ENTRY(savectx)
 312         /* Save caller's return address. */
 313         movq    (%rsp),%rax
 314         movq    %rax,PCB_RIP(%rdi)
 315
 316         movq    %rbx,PCB_RBX(%rdi)
 317         movq    %rsp,PCB_RSP(%rdi)
 318         movq    %rbp,PCB_RBP(%rdi)
 319         movq    %r12,PCB_R12(%rdi)
 320         movq    %r13,PCB_R13(%rdi)
 321         movq    %r14,PCB_R14(%rdi)
 322         movq    %r15,PCB_R15(%rdi)
 323
 324         movq    %cr0,%rax
 325         movq    %rax,PCB_CR0(%rdi)
 326         movq    %cr2,%rax
 327         movq    %rax,PCB_CR2(%rdi)
 328         movq    %cr3,%rax
 329         movq    %rax,PCB_CR3(%rdi)
 330         movq    %cr4,%rax
 331         movq    %rax,PCB_CR4(%rdi)
 332
 333         movq    %dr0,%rax
 334         movq    %rax,PCB_DR0(%rdi)
 335         movq    %dr1,%rax
 336         movq    %rax,PCB_DR1(%rdi)
 337         movq    %dr2,%rax
 338         movq    %rax,PCB_DR2(%rdi)
 339         movq    %dr3,%rax
 340         movq    %rax,PCB_DR3(%rdi)
 341         movq    %dr6,%rax
 342         movq    %rax,PCB_DR6(%rdi)
 343         movq    %dr7,%rax
 344         movq    %rax,PCB_DR7(%rdi)
 345
 346         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 347         rdmsr
 348         movl    %eax,PCB_FSBASE(%rdi)
 349         movl    %edx,PCB_FSBASE+4(%rdi)
 350         movl    $MSR_GSBASE,%ecx
 351         rdmsr
 352         movl    %eax,PCB_GSBASE(%rdi)
 353         movl    %edx,PCB_GSBASE+4(%rdi)
 354         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 355         rdmsr
 356         movl    %eax,PCB_KGSBASE(%rdi)
 357         movl    %edx,PCB_KGSBASE+4(%rdi)
 358         movl    $MSR_EFER,%ecx
 359         rdmsr
 360         movl    %eax,PCB_EFER(%rdi)
 361         movl    %edx,PCB_EFER+4(%rdi)
 362         movl    $MSR_STAR,%ecx
 363         rdmsr
 364         movl    %eax,PCB_STAR(%rdi)
 365         movl    %edx,PCB_STAR+4(%rdi)
 366         movl    $MSR_LSTAR,%ecx
 367         rdmsr
 368         movl    %eax,PCB_LSTAR(%rdi)
 369         movl    %edx,PCB_LSTAR+4(%rdi)
 370         movl    $MSR_CSTAR,%ecx
 371         rdmsr
 372         movl    %eax,PCB_CSTAR(%rdi)
 373         movl    %edx,PCB_CSTAR+4(%rdi)
 374         movl    $MSR_SF_MASK,%ecx
 375         rdmsr
 376         movl    %eax,PCB_SFMASK(%rdi)
 377         movl    %edx,PCB_SFMASK+4(%rdi)
 378
 379         sgdt    PCB_GDT(%rdi)
 380         sidt    PCB_IDT(%rdi)
 381         sldt    PCB_LDT(%rdi)
 382         str     PCB_TR(%rdi)
 383
 384         movl    $1,%eax
 385         ret
 386 END(savectx)
 387
 388 /*
 389  * resumectx(pcb)
 390  * Resuming processor state from pcb.
 391  */
 392 ENTRY(resumectx)
 393         /* Switch to KPML5/4phys. */
 394         movq    KPML4phys,%rax
 395         movq    KPML5phys,%rcx
 396         cmpl    $0, la57
 397         cmovne  %rcx, %rax
 398         movq    %rax,%cr3
 399
 400         /* Force kernel segment registers. */
 401         movl    $KDSEL,%eax
 402         movw    %ax,%ds
 403         movw    %ax,%es
 404         movw    %ax,%ss
 405         movl    $KUF32SEL,%eax
 406         movw    %ax,%fs
 407         movl    $KUG32SEL,%eax
 408         movw    %ax,%gs
 409
 410         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 411         movl    PCB_FSBASE(%rdi),%eax
 412         movl    4 + PCB_FSBASE(%rdi),%edx
 413         wrmsr
 414         movl    $MSR_GSBASE,%ecx
 415         movl    PCB_GSBASE(%rdi),%eax
 416         movl    4 + PCB_GSBASE(%rdi),%edx
 417         wrmsr
 418         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 419         movl    PCB_KGSBASE(%rdi),%eax
 420         movl    4 + PCB_KGSBASE(%rdi),%edx
 421         wrmsr
 422
 423         /* Restore EFER one more time. */
 424         movl    $MSR_EFER,%ecx
 425         movl    PCB_EFER(%rdi),%eax
 426         wrmsr
 427
 428         /* Restore fast syscall stuff. */
 429         movl    $MSR_STAR,%ecx
 430         movl    PCB_STAR(%rdi),%eax
 431         movl    4 + PCB_STAR(%rdi),%edx
 432         wrmsr
 433         movl    $MSR_LSTAR,%ecx
 434         movl    PCB_LSTAR(%rdi),%eax
 435         movl    4 + PCB_LSTAR(%rdi),%edx
 436         wrmsr
 437         movl    $MSR_CSTAR,%ecx
 438         movl    PCB_CSTAR(%rdi),%eax
 439         movl    4 + PCB_CSTAR(%rdi),%edx
 440         wrmsr
 441         movl    $MSR_SF_MASK,%ecx
 442         movl    PCB_SFMASK(%rdi),%eax
 443         wrmsr
 444
 445         /* Restore CR0, CR2, CR4 and CR3. */
 446         movq    PCB_CR0(%rdi),%rax
 447         movq    %rax,%cr0
 448         movq    PCB_CR2(%rdi),%rax
 449         movq    %rax,%cr2
 450         movq    PCB_CR4(%rdi),%rax
 451         movq    %rax,%cr4
 452         movq    PCB_CR3(%rdi),%rax
 453         movq    %rax,%cr3
 454
 455         /* Restore descriptor tables. */
 456         lidt    PCB_IDT(%rdi)
 457         lldt    PCB_LDT(%rdi)
 458
 459 #define SDT_SYSTSS      9
 460 #define SDT_SYSBSY      11
 461
 462         /* Clear "task busy" bit and reload TR. */
 463         movq    PCPU(TSS),%rax
 464         andb    $(~SDT_SYSBSY | SDT_SYSTSS),5(%rax)
 465         movw    PCB_TR(%rdi),%ax
 466         ltr     %ax
 467
 468 #undef  SDT_SYSTSS
 469 #undef  SDT_SYSBSY
 470
 471         /* Restore debug registers. */
 472         movq    PCB_DR0(%rdi),%rax
 473         movq    %rax,%dr0
 474         movq    PCB_DR1(%rdi),%rax
 475         movq    %rax,%dr1
 476         movq    PCB_DR2(%rdi),%rax
 477         movq    %rax,%dr2
 478         movq    PCB_DR3(%rdi),%rax
 479         movq    %rax,%dr3
 480         movq    PCB_DR6(%rdi),%rax
 481         movq    %rax,%dr6
 482         movq    PCB_DR7(%rdi),%rax
 483         movq    %rax,%dr7
 484
 485         /* Restore other callee saved registers. */
 486         movq    PCB_R15(%rdi),%r15
 487         movq    PCB_R14(%rdi),%r14
 488         movq    PCB_R13(%rdi),%r13
 489         movq    PCB_R12(%rdi),%r12
 490         movq    PCB_RBP(%rdi),%rbp
 491         movq    PCB_RSP(%rdi),%rsp
 492         movq    PCB_RBX(%rdi),%rbx
 493
 494         /* Restore return address. */
 495         movq    PCB_RIP(%rdi),%rax
 496         movq    %rax,(%rsp)
 497
 498         xorl    %eax,%eax
 499         ret
 500 END(resumectx)
 501
 502 /* Wait for the new thread to become unblocked */
 503 #if defined(SCHED_ULE) && defined(SMP)
 504 sw1wait:
 505 1:
 506         pause
 507         movq    TD_LOCK(%r12),%rcx
 508         cmpq    %rcx, %rdx
 509         je      1b
 510         jmp     sw1cont
 511 #endif