]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/amd64/amd64/mp_machdep.c
Add a VA_IS_CLEANMAP() macro.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / amd64 / amd64 / mp_machdep.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
3  *
4  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
5  * Copyright (c) 2003, by Peter Wemm
6  * All rights reserved.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
14  *    derived from this software without specific prior written permission.
15  *
16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
19  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
26  * SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 #include <sys/cdefs.h>
30 __FBSDID("$FreeBSD$");
31
32 #include "opt_acpi.h"
33 #include "opt_cpu.h"
34 #include "opt_ddb.h"
35 #include "opt_kstack_pages.h"
36 #include "opt_sched.h"
37 #include "opt_smp.h"
38
39 #include <sys/param.h>
40 #include <sys/systm.h>
41 #include <sys/bus.h>
42 #include <sys/cpuset.h>
43 #include <sys/domainset.h>
44 #ifdef GPROF 
45 #include <sys/gmon.h>
46 #endif
47 #include <sys/kdb.h>
48 #include <sys/kernel.h>
49 #include <sys/ktr.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/malloc.h>
52 #include <sys/memrange.h>
53 #include <sys/mutex.h>
54 #include <sys/pcpu.h>
55 #include <sys/proc.h>
56 #include <sys/sched.h>
57 #include <sys/smp.h>
58 #include <sys/sysctl.h>
59
60 #include <vm/vm.h>
61 #include <vm/vm_param.h>
62 #include <vm/pmap.h>
63 #include <vm/vm_kern.h>
64 #include <vm/vm_extern.h>
65 #include <vm/vm_page.h>
66 #include <vm/vm_phys.h>
67
68 #include <x86/apicreg.h>
69 #include <machine/clock.h>
70 #include <machine/cputypes.h>
71 #include <machine/cpufunc.h>
72 #include <x86/mca.h>
73 #include <machine/md_var.h>
74 #include <machine/pcb.h>
75 #include <machine/psl.h>
76 #include <machine/smp.h>
77 #include <machine/specialreg.h>
78 #include <machine/tss.h>
79 #include <x86/ucode.h>
80 #include <machine/cpu.h>
81 #include <x86/init.h>
82
83 #ifdef DEV_ACPI
84 #include <contrib/dev/acpica/include/acpi.h>
85 #include <dev/acpica/acpivar.h>
86 #endif
87
88 #define WARMBOOT_TARGET         0
89 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
90 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
91
92 #define CMOS_REG                (0x70)
93 #define CMOS_DATA               (0x71)
94 #define BIOS_RESET              (0x0f)
95 #define BIOS_WARM               (0x0a)
96
97 #define GiB(v)                  (v ## ULL << 30)
98
99 #define AP_BOOTPT_SZ            (PAGE_SIZE * 4)
100
101 /* Temporary variables for init_secondary()  */
102 char *doublefault_stack;
103 char *mce_stack;
104 char *nmi_stack;
105 char *dbg_stack;
106 void *bootpcpu;
107
108 extern u_int mptramp_la57;
109 extern u_int mptramp_nx;
110
111 /*
112  * Local data and functions.
113  */
114
115 static int start_ap(int apic_id, vm_paddr_t boot_address);
116
117 /*
118  * Initialize the IPI handlers and start up the AP's.
119  */
120 void
121 cpu_mp_start(void)
122 {
123         int i;
124
125         /* Initialize the logical ID to APIC ID table. */
126         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
127                 cpu_apic_ids[i] = -1;
128         }
129
130         /* Install an inter-CPU IPI for cache and TLB invalidations. */
131         setidt(IPI_INVLOP, pti ? IDTVEC(invlop_pti) : IDTVEC(invlop),
132             SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
133
134         /* Install an inter-CPU IPI for all-CPU rendezvous */
135         setidt(IPI_RENDEZVOUS, pti ? IDTVEC(rendezvous_pti) :
136             IDTVEC(rendezvous), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
137
138         /* Install generic inter-CPU IPI handler */
139         setidt(IPI_BITMAP_VECTOR, pti ? IDTVEC(ipi_intr_bitmap_handler_pti) :
140             IDTVEC(ipi_intr_bitmap_handler), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
141
142         /* Install an inter-CPU IPI for CPU stop/restart */
143         setidt(IPI_STOP, pti ? IDTVEC(cpustop_pti) : IDTVEC(cpustop),
144             SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
145
146         /* Install an inter-CPU IPI for CPU suspend/resume */
147         setidt(IPI_SUSPEND, pti ? IDTVEC(cpususpend_pti) : IDTVEC(cpususpend),
148             SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
149
150         /* Install an IPI for calling delayed SWI */
151         setidt(IPI_SWI, pti ? IDTVEC(ipi_swi_pti) : IDTVEC(ipi_swi),
152             SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
153
154         /* Set boot_cpu_id if needed. */
155         if (boot_cpu_id == -1) {
156                 boot_cpu_id = PCPU_GET(apic_id);
157                 cpu_info[boot_cpu_id].cpu_bsp = 1;
158         } else
159                 KASSERT(boot_cpu_id == PCPU_GET(apic_id),
160                     ("BSP's APIC ID doesn't match boot_cpu_id"));
161
162         /* Probe logical/physical core configuration. */
163         topo_probe();
164
165         assign_cpu_ids();
166
167         mptramp_la57 = la57;
168         mptramp_nx = pg_nx != 0;
169         MPASS(kernel_pmap->pm_cr3 < (1UL << 32));
170         mptramp_pagetables = kernel_pmap->pm_cr3;
171
172         /* Start each Application Processor */
173         init_ops.start_all_aps();
174
175         set_interrupt_apic_ids();
176
177 #if defined(DEV_ACPI) && MAXMEMDOM > 1
178         acpi_pxm_set_cpu_locality();
179 #endif
180 }
181
182 /*
183  * AP CPU's call this to initialize themselves.
184  */
185 void
186 init_secondary(void)
187 {
188         struct pcpu *pc;
189         struct nmi_pcpu *np;
190         struct user_segment_descriptor *gdt;
191         struct region_descriptor ap_gdt;
192         u_int64_t cr0;
193         int cpu, gsel_tss, x;
194
195         /* Set by the startup code for us to use */
196         cpu = bootAP;
197
198         /* Update microcode before doing anything else. */
199         ucode_load_ap(cpu);
200
201         /* Initialize the PCPU area. */
202         pc = bootpcpu;
203         pcpu_init(pc, cpu, sizeof(struct pcpu));
204         dpcpu_init(dpcpu, cpu);
205         pc->pc_apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
206         pc->pc_prvspace = pc;
207         pc->pc_curthread = 0;
208         pc->pc_tssp = &pc->pc_common_tss;
209         pc->pc_rsp0 = 0;
210         pc->pc_pti_rsp0 = (((vm_offset_t)&pc->pc_pti_stack +
211             PC_PTI_STACK_SZ * sizeof(uint64_t)) & ~0xful);
212         gdt = pc->pc_gdt;
213         pc->pc_tss = (struct system_segment_descriptor *)&gdt[GPROC0_SEL];
214         pc->pc_fs32p = &gdt[GUFS32_SEL];
215         pc->pc_gs32p = &gdt[GUGS32_SEL];
216         pc->pc_ldt = (struct system_segment_descriptor *)&gdt[GUSERLDT_SEL];
217         pc->pc_ucr3_load_mask = PMAP_UCR3_NOMASK;
218         /* See comment in pmap_bootstrap(). */
219         pc->pc_pcid_next = PMAP_PCID_KERN + 2;
220         pc->pc_pcid_gen = 1;
221
222         pc->pc_smp_tlb_gen = 1;
223
224         /* Init tss */
225         pc->pc_common_tss = __pcpu[0].pc_common_tss;
226         pc->pc_common_tss.tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
227             IOPERM_BITMAP_SIZE;
228         pc->pc_common_tss.tss_rsp0 = 0;
229
230         /* The doublefault stack runs on IST1. */
231         np = ((struct nmi_pcpu *)&doublefault_stack[DBLFAULT_STACK_SIZE]) - 1;
232         np->np_pcpu = (register_t)pc;
233         pc->pc_common_tss.tss_ist1 = (long)np;
234
235         /* The NMI stack runs on IST2. */
236         np = ((struct nmi_pcpu *)&nmi_stack[NMI_STACK_SIZE]) - 1;
237         np->np_pcpu = (register_t)pc;
238         pc->pc_common_tss.tss_ist2 = (long)np;
239
240         /* The MC# stack runs on IST3. */
241         np = ((struct nmi_pcpu *)&mce_stack[MCE_STACK_SIZE]) - 1;
242         np->np_pcpu = (register_t)pc;
243         pc->pc_common_tss.tss_ist3 = (long)np;
244
245         /* The DB# stack runs on IST4. */
246         np = ((struct nmi_pcpu *)&dbg_stack[DBG_STACK_SIZE]) - 1;
247         np->np_pcpu = (register_t)pc;
248         pc->pc_common_tss.tss_ist4 = (long)np;
249
250         /* Prepare private GDT */
251         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (long)&pc->pc_common_tss;
252         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
253                 if (x != GPROC0_SEL && x != GPROC0_SEL + 1 &&
254                     x != GUSERLDT_SEL && x != GUSERLDT_SEL + 1)
255                         ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[x]);
256         }
257         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
258             (struct system_segment_descriptor *)&gdt[GPROC0_SEL]);
259         ap_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
260         ap_gdt.rd_base = (u_long)gdt;
261         lgdt(&ap_gdt);                  /* does magic intra-segment return */
262
263         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
264         wrmsr(MSR_GSBASE, (uint64_t)pc);
265         wrmsr(MSR_KGSBASE, 0);          /* User value */
266         fix_cpuid();
267
268         lidt(&r_idt);
269
270         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
271         ltr(gsel_tss);
272
273         /*
274          * Set to a known state:
275          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
276          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
277          */
278         cr0 = rcr0();
279         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
280         load_cr0(cr0);
281
282         amd64_conf_fast_syscall();
283
284         /* signal our startup to the BSP. */
285         mp_naps++;
286
287         /* Spin until the BSP releases the AP's. */
288         while (atomic_load_acq_int(&aps_ready) == 0)
289                 ia32_pause();
290
291         init_secondary_tail();
292 }
293
294 /*******************************************************************
295  * local functions and data
296  */
297
298 #ifdef NUMA
299 static void
300 mp_realloc_pcpu(int cpuid, int domain)
301 {
302         vm_page_t m;
303         vm_offset_t oa, na;
304
305         oa = (vm_offset_t)&__pcpu[cpuid];
306         if (vm_phys_domain(pmap_kextract(oa)) == domain)
307                 return;
308         m = vm_page_alloc_noobj_domain(domain, 0);
309         if (m == NULL)
310                 return;
311         na = PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
312         pagecopy((void *)oa, (void *)na);
313         pmap_qenter((vm_offset_t)&__pcpu[cpuid], &m, 1);
314         /* XXX old pcpu page leaked. */
315 }
316 #endif
317
318 /*
319  * start each AP in our list
320  */
321 int
322 native_start_all_aps(void)
323 {
324         vm_page_t m_boottramp, m_pml4, m_pdp, m_pd[4];
325         pml5_entry_t old_pml45;
326         pml4_entry_t *v_pml4;
327         pdp_entry_t *v_pdp;
328         pd_entry_t *v_pd;
329         vm_paddr_t boot_address;
330         u_int32_t mpbioswarmvec;
331         int apic_id, cpu, domain, i;
332         u_char mpbiosreason;
333
334         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
335
336         MPASS(bootMP_size <= PAGE_SIZE);
337         m_boottramp = vm_page_alloc_noobj_contig(0, 1, 0,
338             (1ULL << 20), /* Trampoline should be below 1M for real mode */
339             PAGE_SIZE, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
340         boot_address = VM_PAGE_TO_PHYS(m_boottramp);
341
342         /* Create a transient 1:1 mapping of low 4G */
343         if (la57) {
344                 m_pml4 = pmap_page_alloc_below_4g(true);
345                 v_pml4 = (pml4_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4));
346         } else {
347                 v_pml4 = &kernel_pmap->pm_pmltop[0];
348         }
349         m_pdp = pmap_page_alloc_below_4g(true);
350         v_pdp = (pdp_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp));
351         m_pd[0] = pmap_page_alloc_below_4g(false);
352         v_pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[0]));
353         for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
354                 v_pd[i] = (i << PDRSHIFT) | X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A |
355                     X86_PG_M | PG_PS;
356         m_pd[1] = pmap_page_alloc_below_4g(false);
357         v_pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[1]));
358         for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
359                 v_pd[i] = (NBPDP + (i << PDRSHIFT)) | X86_PG_V | X86_PG_RW |
360                     X86_PG_A | X86_PG_M | PG_PS;
361         m_pd[2] = pmap_page_alloc_below_4g(false);
362         v_pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[2]));
363         for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
364                 v_pd[i] = (2UL * NBPDP + (i << PDRSHIFT)) | X86_PG_V |
365                     X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | PG_PS;
366         m_pd[3] = pmap_page_alloc_below_4g(false);
367         v_pd = (pd_entry_t *)PHYS_TO_DMAP(VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[3]));
368         for (i = 0; i < NPDEPG; i++)
369                 v_pd[i] = (3UL * NBPDP + (i << PDRSHIFT)) | X86_PG_V |
370                     X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M | PG_PS;
371         v_pdp[0] = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[0]) | X86_PG_V |
372             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
373         v_pdp[1] = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[1]) | X86_PG_V |
374             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
375         v_pdp[2] = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[2]) | X86_PG_V |
376             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
377         v_pdp[3] = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pd[3]) | X86_PG_V |
378             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
379         old_pml45 = kernel_pmap->pm_pmltop[0];
380         if (la57) {
381                 kernel_pmap->pm_pmltop[0] = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pml4) |
382                     X86_PG_V | X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
383         }
384         v_pml4[0] = VM_PAGE_TO_PHYS(m_pdp) | X86_PG_V |
385             X86_PG_RW | X86_PG_A | X86_PG_M;
386         pmap_invalidate_all(kernel_pmap);
387
388         /* copy the AP 1st level boot code */
389         bcopy(mptramp_start, (void *)PHYS_TO_DMAP(boot_address), bootMP_size);
390         if (bootverbose)
391                 printf("AP boot address %#lx\n", boot_address);
392
393         /* save the current value of the warm-start vector */
394         if (!efi_boot)
395                 mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
396         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
397         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
398
399         /* setup a vector to our boot code */
400         if (!efi_boot) {
401                 *((volatile u_short *)WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
402                 *((volatile u_short *)WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
403         }
404         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
405         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
406
407         /* Relocate pcpu areas to the correct domain. */
408 #ifdef NUMA
409         if (vm_ndomains > 1)
410                 for (cpu = 1; cpu < mp_ncpus; cpu++) {
411                         apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
412                         domain = acpi_pxm_get_cpu_locality(apic_id);
413                         mp_realloc_pcpu(cpu, domain);
414                 }
415 #endif
416
417         /* start each AP */
418         domain = 0;
419         for (cpu = 1; cpu < mp_ncpus; cpu++) {
420                 apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
421 #ifdef NUMA
422                 if (vm_ndomains > 1)
423                         domain = acpi_pxm_get_cpu_locality(apic_id);
424 #endif
425                 /* allocate and set up an idle stack data page */
426                 bootstacks[cpu] = (void *)kmem_malloc(kstack_pages * PAGE_SIZE,
427                     M_WAITOK | M_ZERO);
428                 doublefault_stack = (char *)kmem_malloc(DBLFAULT_STACK_SIZE,
429                     M_WAITOK | M_ZERO);
430                 mce_stack = (char *)kmem_malloc(MCE_STACK_SIZE,
431                     M_WAITOK | M_ZERO);
432                 nmi_stack = (char *)kmem_malloc_domainset(
433                     DOMAINSET_PREF(domain), NMI_STACK_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
434                 dbg_stack = (char *)kmem_malloc_domainset(
435                     DOMAINSET_PREF(domain), DBG_STACK_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
436                 dpcpu = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_PREF(domain),
437                     DPCPU_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
438
439                 bootpcpu = &__pcpu[cpu];
440                 bootSTK = (char *)bootstacks[cpu] +
441                     kstack_pages * PAGE_SIZE - 8;
442                 bootAP = cpu;
443
444                 /* attempt to start the Application Processor */
445                 if (!start_ap(apic_id, boot_address)) {
446                         /* restore the warmstart vector */
447                         if (!efi_boot)
448                                 *(u_int32_t *)WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
449                         panic("AP #%d (PHY# %d) failed!", cpu, apic_id);
450                 }
451
452                 CPU_SET(cpu, &all_cpus);        /* record AP in CPU map */
453         }
454
455         /* restore the warmstart vector */
456         if (!efi_boot)
457                 *(u_int32_t *)WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
458
459         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
460         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
461
462         /* Destroy transient 1:1 mapping */
463         kernel_pmap->pm_pmltop[0] = old_pml45;
464         invlpg(0);
465         if (la57)
466                 vm_page_free(m_pml4);
467         vm_page_free(m_pd[3]);
468         vm_page_free(m_pd[2]);
469         vm_page_free(m_pd[1]);
470         vm_page_free(m_pd[0]);
471         vm_page_free(m_pdp);
472         vm_page_free(m_boottramp);
473
474         /* number of APs actually started */
475         return (mp_naps);
476 }
477
478 /*
479  * This function starts the AP (application processor) identified
480  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
481  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
482  * of the different hardware we might encounter.  It isn't pretty,
483  * but it seems to work.
484  */
485 static int
486 start_ap(int apic_id, vm_paddr_t boot_address)
487 {
488         int vector, ms;
489         int cpus;
490
491         /* calculate the vector */
492         vector = (boot_address >> 12) & 0xff;
493
494         /* used as a watchpoint to signal AP startup */
495         cpus = mp_naps;
496
497         ipi_startup(apic_id, vector);
498
499         /* Wait up to 5 seconds for it to start. */
500         for (ms = 0; ms < 5000; ms++) {
501                 if (mp_naps > cpus)
502                         return 1;       /* return SUCCESS */
503                 DELAY(1000);
504         }
505         return 0;               /* return FAILURE */
506 }
507
508 /*
509  * Flush the TLB on other CPU's
510  */
511
512 /*
513  * Invalidation request.  PCPU pc_smp_tlb_op uses u_int instead of the
514  * enum to avoid both namespace and ABI issues (with enums).
515  */
516 enum invl_op_codes {
517       INVL_OP_TLB               = 1,
518       INVL_OP_TLB_INVPCID       = 2,
519       INVL_OP_TLB_INVPCID_PTI   = 3,
520       INVL_OP_TLB_PCID          = 4,
521       INVL_OP_PGRNG             = 5,
522       INVL_OP_PGRNG_INVPCID     = 6,
523       INVL_OP_PGRNG_PCID        = 7,
524       INVL_OP_PG                = 8,
525       INVL_OP_PG_INVPCID        = 9,
526       INVL_OP_PG_PCID           = 10,
527       INVL_OP_CACHE             = 11,
528 };
529
530 /*
531  * These variables are initialized at startup to reflect how each of
532  * the different kinds of invalidations should be performed on the
533  * current machine and environment.
534  */
535 static enum invl_op_codes invl_op_tlb;
536 static enum invl_op_codes invl_op_pgrng;
537 static enum invl_op_codes invl_op_pg;
538
539 /*
540  * Scoreboard of IPI completion notifications from target to IPI initiator.
541  *
542  * Each CPU can initiate shootdown IPI independently from other CPUs.
543  * Initiator enters critical section, then fills its local PCPU
544  * shootdown info (pc_smp_tlb_ vars), then clears scoreboard generation
545  * at location (cpu, my_cpuid) for each target cpu.  After that IPI is
546  * sent to all targets which scan for zeroed scoreboard generation
547  * words.  Upon finding such word the shootdown data is read from
548  * corresponding cpu's pcpu, and generation is set.  Meantime initiator
549  * loops waiting for all zeroed generations in scoreboard to update.
550  */
551 static uint32_t *invl_scoreboard;
552
553 static void
554 invl_scoreboard_init(void *arg __unused)
555 {
556         u_int i;
557
558         invl_scoreboard = malloc(sizeof(uint32_t) * (mp_maxid + 1) *
559             (mp_maxid + 1), M_DEVBUF, M_WAITOK);
560         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1) * (mp_maxid + 1); i++)
561                 invl_scoreboard[i] = 1;
562
563         if (pmap_pcid_enabled) {
564                 if (invpcid_works) {
565                         if (pti)
566                                 invl_op_tlb = INVL_OP_TLB_INVPCID_PTI;
567                         else
568                                 invl_op_tlb = INVL_OP_TLB_INVPCID;
569                         invl_op_pgrng = INVL_OP_PGRNG_INVPCID;
570                         invl_op_pg = INVL_OP_PG_INVPCID;
571                 } else {
572                         invl_op_tlb = INVL_OP_TLB_PCID;
573                         invl_op_pgrng = INVL_OP_PGRNG_PCID;
574                         invl_op_pg = INVL_OP_PG_PCID;
575                 }
576         } else {
577                 invl_op_tlb = INVL_OP_TLB;
578                 invl_op_pgrng = INVL_OP_PGRNG;
579                 invl_op_pg = INVL_OP_PG;
580         }
581 }
582 SYSINIT(invl_ops, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_FIRST, invl_scoreboard_init, NULL);
583
584 static uint32_t *
585 invl_scoreboard_getcpu(u_int cpu)
586 {
587         return (invl_scoreboard + cpu * (mp_maxid + 1));
588 }
589
590 static uint32_t *
591 invl_scoreboard_slot(u_int cpu)
592 {
593         return (invl_scoreboard_getcpu(cpu) + PCPU_GET(cpuid));
594 }
595
596 /*
597  * Used by the pmap to request cache or TLB invalidation on local and
598  * remote processors.  Mask provides the set of remote CPUs that are
599  * to be signalled with the invalidation IPI.  As an optimization, the
600  * curcpu_cb callback is invoked on the calling CPU in a critical
601  * section while waiting for the remote CPUs to complete the operation.
602  *
603  * The callback function is called unconditionally on the caller's
604  * underlying processor, even when this processor is not set in the
605  * mask.  So, the callback function must be prepared to handle such
606  * spurious invocations.
607  *
608  * Interrupts must be enabled when calling the function with smp
609  * started, to avoid deadlock with other IPIs that are protected with
610  * smp_ipi_mtx spinlock at the initiator side.
611  *
612  * Function must be called with the thread pinned, and it unpins on
613  * completion.
614  */
615 static void
616 smp_targeted_tlb_shootdown(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2,
617     smp_invl_cb_t curcpu_cb, enum invl_op_codes op)
618 {
619         cpuset_t mask;
620         uint32_t generation, *p_cpudone;
621         int cpu;
622         bool is_all;
623
624         /*
625          * It is not necessary to signal other CPUs while booting or
626          * when in the debugger.
627          */
628         if (__predict_false(kdb_active || KERNEL_PANICKED() || !smp_started))
629                 goto local_cb;
630
631         KASSERT(curthread->td_pinned > 0, ("curthread not pinned"));
632
633         /*
634          * Make a stable copy of the set of CPUs on which the pmap is active.
635          * See if we have to interrupt other CPUs.
636          */
637         CPU_COPY(pmap_invalidate_cpu_mask(pmap), &mask);
638         is_all = CPU_CMP(&mask, &all_cpus) == 0;
639         CPU_CLR(curcpu, &mask);
640         if (CPU_EMPTY(&mask))
641                 goto local_cb;
642
643         /*
644          * Initiator must have interrupts enabled, which prevents
645          * non-invalidation IPIs that take smp_ipi_mtx spinlock,
646          * from deadlocking with us.  On the other hand, preemption
647          * must be disabled to pin initiator to the instance of the
648          * pcpu pc_smp_tlb data and scoreboard line.
649          */
650         KASSERT((read_rflags() & PSL_I) != 0,
651             ("smp_targeted_tlb_shootdown: interrupts disabled"));
652         critical_enter();
653
654         PCPU_SET(smp_tlb_addr1, addr1);
655         PCPU_SET(smp_tlb_addr2, addr2);
656         PCPU_SET(smp_tlb_pmap, pmap);
657         generation = PCPU_GET(smp_tlb_gen);
658         if (++generation == 0)
659                 generation = 1;
660         PCPU_SET(smp_tlb_gen, generation);
661         PCPU_SET(smp_tlb_op, op);
662         /* Fence between filling smp_tlb fields and clearing scoreboard. */
663         atomic_thread_fence_rel();
664
665         CPU_FOREACH_ISSET(cpu, &mask) {
666                 KASSERT(*invl_scoreboard_slot(cpu) != 0,
667                     ("IPI scoreboard is zero, initiator %d target %d",
668                     curcpu, cpu));
669                 *invl_scoreboard_slot(cpu) = 0;
670         }
671
672         /*
673          * IPI acts as a fence between writing to the scoreboard above
674          * (zeroing slot) and reading from it below (wait for
675          * acknowledgment).
676          */
677         if (is_all) {
678                 ipi_all_but_self(IPI_INVLOP);
679         } else {
680                 ipi_selected(mask, IPI_INVLOP);
681         }
682         curcpu_cb(pmap, addr1, addr2);
683         CPU_FOREACH_ISSET(cpu, &mask) {
684                 p_cpudone = invl_scoreboard_slot(cpu);
685                 while (atomic_load_int(p_cpudone) != generation)
686                         ia32_pause();
687         }
688
689         /*
690          * Unpin before leaving critical section.  If the thread owes
691          * preemption, this allows scheduler to select thread on any
692          * CPU from its cpuset.
693          */
694         sched_unpin();
695         critical_exit();
696
697         return;
698
699 local_cb:
700         critical_enter();
701         curcpu_cb(pmap, addr1, addr2);
702         sched_unpin();
703         critical_exit();
704 }
705
706 void
707 smp_masked_invltlb(pmap_t pmap, smp_invl_cb_t curcpu_cb)
708 {
709         smp_targeted_tlb_shootdown(pmap, 0, 0, curcpu_cb, invl_op_tlb);
710 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
711         ipi_global++;
712 #endif
713 }
714
715 void
716 smp_masked_invlpg(vm_offset_t addr, pmap_t pmap, smp_invl_cb_t curcpu_cb)
717 {
718         smp_targeted_tlb_shootdown(pmap, addr, 0, curcpu_cb, invl_op_pg);
719 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
720         ipi_page++;
721 #endif
722 }
723
724 void
725 smp_masked_invlpg_range(vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2, pmap_t pmap,
726     smp_invl_cb_t curcpu_cb)
727 {
728         smp_targeted_tlb_shootdown(pmap, addr1, addr2, curcpu_cb,
729             invl_op_pgrng);
730 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
731         ipi_range++;
732         ipi_range_size += (addr2 - addr1) / PAGE_SIZE;
733 #endif
734 }
735
736 void
737 smp_cache_flush(smp_invl_cb_t curcpu_cb)
738 {
739         smp_targeted_tlb_shootdown(kernel_pmap, 0, 0, curcpu_cb, INVL_OP_CACHE);
740 }
741
742 /*
743  * Handlers for TLB related IPIs
744  */
745 static void
746 invltlb_handler(pmap_t smp_tlb_pmap)
747 {
748 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
749         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
750 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
751 #ifdef COUNT_IPIS
752         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
753 #endif /* COUNT_IPIS */
754
755         if (smp_tlb_pmap == kernel_pmap)
756                 invltlb_glob();
757         else
758                 invltlb();
759 }
760
761 static void
762 invltlb_invpcid_handler(pmap_t smp_tlb_pmap)
763 {
764         struct invpcid_descr d;
765
766 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
767         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
768 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
769 #ifdef COUNT_IPIS
770         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
771 #endif /* COUNT_IPIS */
772
773         d.pcid = smp_tlb_pmap->pm_pcids[PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid;
774         d.pad = 0;
775         d.addr = 0;
776         invpcid(&d, smp_tlb_pmap == kernel_pmap ? INVPCID_CTXGLOB :
777             INVPCID_CTX);
778 }
779
780 static void
781 invltlb_invpcid_pti_handler(pmap_t smp_tlb_pmap)
782 {
783         struct invpcid_descr d;
784
785 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
786         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
787 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
788 #ifdef COUNT_IPIS
789         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
790 #endif /* COUNT_IPIS */
791
792         d.pcid = smp_tlb_pmap->pm_pcids[PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid;
793         d.pad = 0;
794         d.addr = 0;
795         if (smp_tlb_pmap == kernel_pmap) {
796                 /*
797                  * This invalidation actually needs to clear kernel
798                  * mappings from the TLB in the current pmap, but
799                  * since we were asked for the flush in the kernel
800                  * pmap, achieve it by performing global flush.
801                  */
802                 invpcid(&d, INVPCID_CTXGLOB);
803         } else {
804                 invpcid(&d, INVPCID_CTX);
805                 if (smp_tlb_pmap == PCPU_GET(curpmap))
806                         PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
807         }
808 }
809
810 static void
811 invltlb_pcid_handler(pmap_t smp_tlb_pmap)
812 {
813         uint32_t pcid;
814   
815 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
816         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
817 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
818 #ifdef COUNT_IPIS
819         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
820 #endif /* COUNT_IPIS */
821
822         if (smp_tlb_pmap == kernel_pmap) {
823                 invltlb_glob();
824         } else {
825                 /*
826                  * The current pmap might not be equal to
827                  * smp_tlb_pmap.  The clearing of the pm_gen in
828                  * pmap_invalidate_all() takes care of TLB
829                  * invalidation when switching to the pmap on this
830                  * CPU.
831                  */
832                 if (smp_tlb_pmap == PCPU_GET(curpmap)) {
833                         pcid = smp_tlb_pmap->pm_pcids[PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid;
834                         load_cr3(smp_tlb_pmap->pm_cr3 | pcid);
835                         if (smp_tlb_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3)
836                                 PCPU_SET(ucr3_load_mask, ~CR3_PCID_SAVE);
837                 }
838         }
839 }
840
841 static void
842 invlpg_handler(vm_offset_t smp_tlb_addr1)
843 {
844 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
845         xhits_pg[PCPU_GET(cpuid)]++;
846 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
847 #ifdef COUNT_IPIS
848         (*ipi_invlpg_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
849 #endif /* COUNT_IPIS */
850
851         invlpg(smp_tlb_addr1);
852 }
853
854 static void
855 invlpg_invpcid_handler(pmap_t smp_tlb_pmap, vm_offset_t smp_tlb_addr1)
856 {
857         struct invpcid_descr d;
858
859 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
860         xhits_pg[PCPU_GET(cpuid)]++;
861 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
862 #ifdef COUNT_IPIS
863         (*ipi_invlpg_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
864 #endif /* COUNT_IPIS */
865
866         invlpg(smp_tlb_addr1);
867         if (smp_tlb_pmap == PCPU_GET(curpmap) &&
868             smp_tlb_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
869             PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
870                 d.pcid = smp_tlb_pmap->pm_pcids[PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid |
871                     PMAP_PCID_USER_PT;
872                 d.pad = 0;
873                 d.addr = smp_tlb_addr1;
874                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
875         }
876 }
877
878 static void
879 invlpg_pcid_handler(pmap_t smp_tlb_pmap, vm_offset_t smp_tlb_addr1)
880 {
881         uint64_t kcr3, ucr3;
882         uint32_t pcid;
883
884 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
885         xhits_pg[PCPU_GET(cpuid)]++;
886 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
887 #ifdef COUNT_IPIS
888         (*ipi_invlpg_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
889 #endif /* COUNT_IPIS */
890
891         invlpg(smp_tlb_addr1);
892         if (smp_tlb_pmap == PCPU_GET(curpmap) &&
893             (ucr3 = smp_tlb_pmap->pm_ucr3) != PMAP_NO_CR3 &&
894             PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
895                 pcid = smp_tlb_pmap->pm_pcids[PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid;
896                 kcr3 = smp_tlb_pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
897                 ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
898                 pmap_pti_pcid_invlpg(ucr3, kcr3, smp_tlb_addr1);
899         }
900 }
901
902 static void
903 invlrng_handler(vm_offset_t smp_tlb_addr1, vm_offset_t smp_tlb_addr2)
904 {
905         vm_offset_t addr, addr2;
906
907 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
908         xhits_rng[PCPU_GET(cpuid)]++;
909 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
910 #ifdef COUNT_IPIS
911         (*ipi_invlrng_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
912 #endif /* COUNT_IPIS */
913
914         addr = smp_tlb_addr1;
915         addr2 = smp_tlb_addr2;
916         do {
917                 invlpg(addr);
918                 addr += PAGE_SIZE;
919         } while (addr < addr2);
920 }
921
922 static void
923 invlrng_invpcid_handler(pmap_t smp_tlb_pmap, vm_offset_t smp_tlb_addr1,
924     vm_offset_t smp_tlb_addr2)
925 {
926         struct invpcid_descr d;
927         vm_offset_t addr, addr2;
928
929 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
930         xhits_rng[PCPU_GET(cpuid)]++;
931 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
932 #ifdef COUNT_IPIS
933         (*ipi_invlrng_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
934 #endif /* COUNT_IPIS */
935
936         addr = smp_tlb_addr1;
937         addr2 = smp_tlb_addr2;
938         do {
939                 invlpg(addr);
940                 addr += PAGE_SIZE;
941         } while (addr < addr2);
942         if (smp_tlb_pmap == PCPU_GET(curpmap) &&
943             smp_tlb_pmap->pm_ucr3 != PMAP_NO_CR3 &&
944             PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
945                 d.pcid = smp_tlb_pmap->pm_pcids[PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid |
946                     PMAP_PCID_USER_PT;
947                 d.pad = 0;
948                 d.addr = smp_tlb_addr1;
949                 do {
950                         invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
951                         d.addr += PAGE_SIZE;
952                 } while (d.addr < addr2);
953         }
954 }
955
956 static void
957 invlrng_pcid_handler(pmap_t smp_tlb_pmap, vm_offset_t smp_tlb_addr1,
958     vm_offset_t smp_tlb_addr2)
959 {
960         vm_offset_t addr, addr2;
961         uint64_t kcr3, ucr3;
962         uint32_t pcid;
963
964 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
965         xhits_rng[PCPU_GET(cpuid)]++;
966 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
967 #ifdef COUNT_IPIS
968         (*ipi_invlrng_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
969 #endif /* COUNT_IPIS */
970
971         addr = smp_tlb_addr1;
972         addr2 = smp_tlb_addr2;
973         do {
974                 invlpg(addr);
975                 addr += PAGE_SIZE;
976         } while (addr < addr2);
977         if (smp_tlb_pmap == PCPU_GET(curpmap) &&
978             (ucr3 = smp_tlb_pmap->pm_ucr3) != PMAP_NO_CR3 &&
979             PCPU_GET(ucr3_load_mask) == PMAP_UCR3_NOMASK) {
980                 pcid = smp_tlb_pmap->pm_pcids[PCPU_GET(cpuid)].pm_pcid;
981                 kcr3 = smp_tlb_pmap->pm_cr3 | pcid | CR3_PCID_SAVE;
982                 ucr3 |= pcid | PMAP_PCID_USER_PT | CR3_PCID_SAVE;
983                 pmap_pti_pcid_invlrng(ucr3, kcr3, smp_tlb_addr1, addr2);
984         }
985 }
986
987 static void
988 invlcache_handler(void)
989 {
990 #ifdef COUNT_IPIS
991         (*ipi_invlcache_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
992 #endif /* COUNT_IPIS */
993         wbinvd();
994 }
995
996 static void
997 invlop_handler_one_req(enum invl_op_codes smp_tlb_op, pmap_t smp_tlb_pmap,
998     vm_offset_t smp_tlb_addr1, vm_offset_t smp_tlb_addr2)
999 {
1000         switch (smp_tlb_op) {
1001         case INVL_OP_TLB:
1002                 invltlb_handler(smp_tlb_pmap);
1003                 break;
1004         case INVL_OP_TLB_INVPCID:
1005                 invltlb_invpcid_handler(smp_tlb_pmap);
1006                 break;
1007         case INVL_OP_TLB_INVPCID_PTI:
1008                 invltlb_invpcid_pti_handler(smp_tlb_pmap);
1009                 break;
1010         case INVL_OP_TLB_PCID:
1011                 invltlb_pcid_handler(smp_tlb_pmap);
1012                 break;
1013         case INVL_OP_PGRNG:
1014                 invlrng_handler(smp_tlb_addr1, smp_tlb_addr2);
1015                 break;
1016         case INVL_OP_PGRNG_INVPCID:
1017                 invlrng_invpcid_handler(smp_tlb_pmap, smp_tlb_addr1,
1018                     smp_tlb_addr2);
1019                 break;
1020         case INVL_OP_PGRNG_PCID:
1021                 invlrng_pcid_handler(smp_tlb_pmap, smp_tlb_addr1,
1022                     smp_tlb_addr2);
1023                 break;
1024         case INVL_OP_PG:
1025                 invlpg_handler(smp_tlb_addr1);
1026                 break;
1027         case INVL_OP_PG_INVPCID:
1028                 invlpg_invpcid_handler(smp_tlb_pmap, smp_tlb_addr1);
1029                 break;
1030         case INVL_OP_PG_PCID:
1031                 invlpg_pcid_handler(smp_tlb_pmap, smp_tlb_addr1);
1032                 break;
1033         case INVL_OP_CACHE:
1034                 invlcache_handler();
1035                 break;
1036         default:
1037                 __assert_unreachable();
1038                 break;
1039         }
1040 }
1041
1042 void
1043 invlop_handler(void)
1044 {
1045         struct pcpu *initiator_pc;
1046         pmap_t smp_tlb_pmap;
1047         vm_offset_t smp_tlb_addr1, smp_tlb_addr2;
1048         u_int initiator_cpu_id;
1049         enum invl_op_codes smp_tlb_op;
1050         uint32_t *scoreboard, smp_tlb_gen;
1051
1052         scoreboard = invl_scoreboard_getcpu(PCPU_GET(cpuid));
1053         for (;;) {
1054                 for (initiator_cpu_id = 0; initiator_cpu_id <= mp_maxid;
1055                     initiator_cpu_id++) {
1056                         if (atomic_load_int(&scoreboard[initiator_cpu_id]) == 0)
1057                                 break;
1058                 }
1059                 if (initiator_cpu_id > mp_maxid)
1060                         break;
1061                 initiator_pc = cpuid_to_pcpu[initiator_cpu_id];
1062
1063                 /*
1064                  * This acquire fence and its corresponding release
1065                  * fence in smp_targeted_tlb_shootdown() is between
1066                  * reading zero scoreboard slot and accessing PCPU of
1067                  * initiator for pc_smp_tlb values.
1068                  */
1069                 atomic_thread_fence_acq();
1070                 smp_tlb_pmap = initiator_pc->pc_smp_tlb_pmap;
1071                 smp_tlb_addr1 = initiator_pc->pc_smp_tlb_addr1;
1072                 smp_tlb_addr2 = initiator_pc->pc_smp_tlb_addr2;
1073                 smp_tlb_op = initiator_pc->pc_smp_tlb_op;
1074                 smp_tlb_gen = initiator_pc->pc_smp_tlb_gen;
1075
1076                 /*
1077                  * Ensure that we do not make our scoreboard
1078                  * notification visible to the initiator until the
1079                  * pc_smp_tlb values are read.  The corresponding
1080                  * fence is implicitly provided by the barrier in the
1081                  * IPI send operation before the APIC ICR register
1082                  * write.
1083                  *
1084                  * As an optimization, the request is acknowledged
1085                  * before the actual invalidation is performed.  It is
1086                  * safe because target CPU cannot return to userspace
1087                  * before handler finishes. Only NMI can preempt the
1088                  * handler, but NMI would see the kernel handler frame
1089                  * and not touch not-invalidated user page table.
1090                  */
1091                 atomic_thread_fence_acq();
1092                 atomic_store_int(&scoreboard[initiator_cpu_id], smp_tlb_gen);
1093
1094                 invlop_handler_one_req(smp_tlb_op, smp_tlb_pmap, smp_tlb_addr1,
1095                     smp_tlb_addr2);
1096         }
1097 }