sys/amd64/amd64/vm_machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1982, 1986 The Regents of the University of California.
   3  * Copyright (c) 1989, 1990 William Jolitz
   4  * Copyright (c) 1994 John Dyson
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
   9  * Science Department, and William Jolitz.
  10  *
  11  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  12  * modification, are permitted provided that the following conditions
  13  * are met:
  14  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  16  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  18  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  19  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  20  *    must display the following acknowledgement:
  21  *      This product includes software developed by the University of
  22  *      California, Berkeley and its contributors.
  23  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  24  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  25  *    without specific prior written permission.
  26  *
  27  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  28  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  29  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  30  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  31  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  32  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  33  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  34  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  35  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  36  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  37  * SUCH DAMAGE.
  38  *
  39  *      from: @(#)vm_machdep.c  7.3 (Berkeley) 5/13/91
  40  *      Utah $Hdr: vm_machdep.c 1.16.1.1 89/06/23$
  41  */
  42
  43 #include <sys/cdefs.h>
  44 __FBSDID("$FreeBSD$");
  45
  46 #include "opt_isa.h"
  47 #include "opt_cpu.h"
  48 #include "opt_compat.h"
  49
  50 #include <sys/param.h>
  51 #include <sys/systm.h>
  52 #include <sys/bio.h>
  53 #include <sys/buf.h>
  54 #include <sys/kse.h>
  55 #include <sys/kernel.h>
  56 #include <sys/ktr.h>
  57 #include <sys/lock.h>
  58 #include <sys/malloc.h>
  59 #include <sys/mbuf.h>
  60 #include <sys/mutex.h>
  61 #include <sys/pioctl.h>
  62 #include <sys/proc.h>
  63 #include <sys/sf_buf.h>
  64 #include <sys/smp.h>
  65 #include <sys/sysctl.h>
  66 #include <sys/unistd.h>
  67 #include <sys/vnode.h>
  68 #include <sys/vmmeter.h>
  69
  70 #include <machine/cpu.h>
  71 #include <machine/md_var.h>
  72 #include <machine/pcb.h>
  73 #include <machine/specialreg.h>
  74
  75 #include <vm/vm.h>
  76 #include <vm/vm_extern.h>
  77 #include <vm/vm_kern.h>
  78 #include <vm/vm_page.h>
  79 #include <vm/vm_map.h>
  80 #include <vm/vm_param.h>
  81
  82 #include <amd64/isa/isa.h>
  83
  84 #ifdef COMPAT_IA32
  85
  86 extern struct sysentvec ia32_freebsd_sysvec;
  87
  88 #endif
  89
  90 static void     cpu_reset_real(void);
  91 #ifdef SMP
  92 static void     cpu_reset_proxy(void);
  93 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  94 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  95 #endif
  96
  97 /*
  98  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
  99  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 100  * ready to run and return to user mode.
 101  */
 102 void
 103 cpu_fork(td1, p2, td2, flags)
 104         register struct thread *td1;
 105         register struct proc *p2;
 106         struct thread *td2;
 107         int flags;
 108 {
 109         register struct proc *p1;
 110         struct pcb *pcb2;
 111         struct mdproc *mdp2;
 112
 113         p1 = td1->td_proc;
 114         if ((flags & RFPROC) == 0)
 115                 return;
 116
 117         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 118         fpuexit(td1);
 119
 120         /* Point the pcb to the top of the stack */
 121         pcb2 = (struct pcb *)(td2->td_kstack +
 122             td2->td_kstack_pages * PAGE_SIZE) - 1;
 123         td2->td_pcb = pcb2;
 124
 125         /* Copy p1's pcb */
 126         bcopy(td1->td_pcb, pcb2, sizeof(*pcb2));
 127
 128         /* Point mdproc and then copy over td1's contents */
 129         mdp2 = &p2->p_md;
 130         bcopy(&p1->p_md, mdp2, sizeof(*mdp2));
 131
 132         /*
 133          * Create a new fresh stack for the new process.
 134          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 135          * syscall.  This copies most of the user mode register values.
 136          */
 137         td2->td_frame = (struct trapframe *)td2->td_pcb - 1;
 138         bcopy(td1->td_frame, td2->td_frame, sizeof(struct trapframe));
 139
 140         td2->td_frame->tf_rax = 0;              /* Child returns zero */
 141         td2->td_frame->tf_rflags &= ~PSL_C;     /* success */
 142         td2->td_frame->tf_rdx = 1;
 143
 144         /*
 145          * If the parent process has the trap bit set (i.e. a debugger had
 146          * single stepped the process to the system call), we need to clear
 147          * the trap flag from the new frame unless the debugger had set PF_FORK
 148          * on the parent.  Otherwise, the child will receive a (likely
 149          * unexpected) SIGTRAP when it executes the first instruction after
 150          * returning  to userland.
 151          */
 152         if ((p1->p_pfsflags & PF_FORK) == 0)
 153                 td2->td_frame->tf_rflags &= ~PSL_T;
 154
 155         /*
 156          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 157          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 158          */
 159         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pml4);
 160         pcb2->pcb_r12 = (register_t)fork_return;        /* fork_trampoline argument */
 161         pcb2->pcb_rbp = 0;
 162         pcb2->pcb_rsp = (register_t)td2->td_frame - sizeof(void *);
 163         pcb2->pcb_rbx = (register_t)td2;                /* fork_trampoline argument */
 164         pcb2->pcb_rip = (register_t)fork_trampoline;
 165         /*-
 166          * pcb2->pcb_dr*:       cloned above.
 167          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 168          * pcb2->pcb_flags:     cloned above.
 169          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 170          * pcb2->pcb_[fg]sbase: cloned above
 171          */
 172
 173         /* Setup to release spin count in fork_exit(). */
 174         td2->td_md.md_spinlock_count = 1;
 175         td2->td_md.md_saved_flags = PSL_KERNEL | PSL_I;
 176
 177         /*
 178          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 179          * pcb_rsp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 180          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 181          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 182          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 183          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 184          * the return to user-mode.
 185          */
 186 }
 187
 188 /*
 189  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 190  * been scheduled yet.
 191  *
 192  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 193  */
 194 void
 195 cpu_set_fork_handler(td, func, arg)
 196         struct thread *td;
 197         void (*func)(void *);
 198         void *arg;
 199 {
 200         /*
 201          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 202          * is really called like this:  func(arg, frame);
 203          */
 204         td->td_pcb->pcb_r12 = (long) func;      /* function */
 205         td->td_pcb->pcb_rbx = (long) arg;       /* first arg */
 206 }
 207
 208 void
 209 cpu_exit(struct thread *td)
 210 {
 211 }
 212
 213 void
 214 cpu_thread_exit(struct thread *td)
 215 {
 216
 217         if (td == PCPU_GET(fpcurthread))
 218                 fpudrop();
 219
 220         /* Disable any hardware breakpoints. */
 221         if (td->td_pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 222                 reset_dbregs();
 223                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 224         }
 225 }
 226
 227 void
 228 cpu_thread_clean(struct thread *td)
 229 {
 230 }
 231
 232 void
 233 cpu_thread_swapin(struct thread *td)
 234 {
 235 }
 236
 237 void
 238 cpu_thread_swapout(struct thread *td)
 239 {
 240 }
 241
 242 void
 243 cpu_thread_setup(struct thread *td)
 244 {
 245
 246         td->td_pcb = (struct pcb *)(td->td_kstack +
 247             td->td_kstack_pages * PAGE_SIZE) - 1;
 248         td->td_frame = (struct trapframe *)td->td_pcb - 1;
 249 }
 250
 251 /*
 252  * Initialize machine state (pcb and trap frame) for a new thread about to
 253  * upcall. Put enough state in the new thread's PCB to get it to go back
 254  * userret(), where we can intercept it again to set the return (upcall)
 255  * Address and stack, along with those from upcals that are from other sources
 256  * such as those generated in thread_userret() itself.
 257  */
 258 void
 259 cpu_set_upcall(struct thread *td, struct thread *td0)
 260 {
 261         struct pcb *pcb2;
 262
 263         /* Point the pcb to the top of the stack. */
 264         pcb2 = td->td_pcb;
 265
 266         /*
 267          * Copy the upcall pcb.  This loads kernel regs.
 268          * Those not loaded individually below get their default
 269          * values here.
 270          *
 271          * XXXKSE It might be a good idea to simply skip this as
 272          * the values of the other registers may be unimportant.
 273          * This would remove any requirement for knowing the KSE
 274          * at this time (see the matching comment below for
 275          * more analysis) (need a good safe default).
 276          */
 277         bcopy(td0->td_pcb, pcb2, sizeof(*pcb2));
 278         pcb2->pcb_flags &= ~PCB_FPUINITDONE;
 279
 280         /*
 281          * Create a new fresh stack for the new thread.
 282          * Don't forget to set this stack value into whatever supplies
 283          * the address for the fault handlers.
 284          * The contexts are filled in at the time we actually DO the
 285          * upcall as only then do we know which KSE we got.
 286          */
 287         bcopy(td0->td_frame, td->td_frame, sizeof(struct trapframe));
 288
 289         /*
 290          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 291          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 292          */
 293         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(td->td_proc->p_vmspace)->pm_pml4);
 294         pcb2->pcb_r12 = (register_t)fork_return;            /* trampoline arg */
 295         pcb2->pcb_rbp = 0;
 296         pcb2->pcb_rsp = (register_t)td->td_frame - sizeof(void *);      /* trampoline arg */
 297         pcb2->pcb_rbx = (register_t)td;                     /* trampoline arg */
 298         pcb2->pcb_rip = (register_t)fork_trampoline;
 299         /*
 300          * If we didn't copy the pcb, we'd need to do the following registers:
 301          * pcb2->pcb_dr*:       cloned above.
 302          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 303          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 304          * pcb2->pcb_[fg]sbase: cloned above
 305          */
 306
 307         /* Setup to release spin count in fork_exit(). */
 308         td->td_md.md_spinlock_count = 1;
 309         td->td_md.md_saved_flags = PSL_KERNEL | PSL_I;
 310 }
 311
 312 /*
 313  * Set that machine state for performing an upcall that has to
 314  * be done in thread_userret() so that those upcalls generated
 315  * in thread_userret() itself can be done as well.
 316  */
 317 void
 318 cpu_set_upcall_kse(struct thread *td, void (*entry)(void *), void *arg,
 319         stack_t *stack)
 320 {
 321
 322         /*
 323          * Do any extra cleaning that needs to be done.
 324          * The thread may have optional components
 325          * that are not present in a fresh thread.
 326          * This may be a recycled thread so make it look
 327          * as though it's newly allocated.
 328          */
 329         cpu_thread_clean(td);
 330
 331 #ifdef COMPAT_IA32
 332         if (td->td_proc->p_sysent == &ia32_freebsd_sysvec) {
 333                 /*
 334                  * Set the trap frame to point at the beginning of the uts
 335                  * function.
 336                  */
 337                 td->td_frame->tf_rbp = 0;
 338                 td->td_frame->tf_rsp =
 339                    (((uintptr_t)stack->ss_sp + stack->ss_size - 4) & ~0x0f) - 4;
 340                 td->td_frame->tf_rip = (uintptr_t)entry;
 341
 342                 /*
 343                  * Pass the address of the mailbox for this kse to the uts
 344                  * function as a parameter on the stack.
 345                  */
 346                 suword32((void *)(td->td_frame->tf_rsp + sizeof(int32_t)),
 347                     (uint32_t)(uintptr_t)arg);
 348
 349                 return;
 350         }
 351 #endif
 352
 353         /*
 354          * Set the trap frame to point at the beginning of the uts
 355          * function.
 356          */
 357         td->td_frame->tf_rbp = 0;
 358         td->td_frame->tf_rsp =
 359             ((register_t)stack->ss_sp + stack->ss_size) & ~0x0f;
 360         td->td_frame->tf_rsp -= 8;
 361         td->td_frame->tf_rip = (register_t)entry;
 362
 363         /*
 364          * Pass the address of the mailbox for this kse to the uts
 365          * function as a parameter on the stack.
 366          */
 367         td->td_frame->tf_rdi = (register_t)arg;
 368 }
 369
 370 int
 371 cpu_set_user_tls(struct thread *td, void *tls_base)
 372 {
 373
 374         if ((u_int64_t)tls_base >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
 375                 return (EINVAL);
 376
 377 #ifdef COMPAT_IA32
 378         if (td->td_proc->p_sysent == &ia32_freebsd_sysvec) {
 379                 if (td == curthread) {
 380                         critical_enter();
 381                         td->td_pcb->pcb_gsbase = (register_t)tls_base;
 382                         wrmsr(MSR_KGSBASE, td->td_pcb->pcb_gsbase);
 383                         critical_exit();
 384                 } else {
 385                         td->td_pcb->pcb_gsbase = (register_t)tls_base;
 386                 }
 387                 return (0);
 388         }
 389 #endif
 390         if (td == curthread) {
 391                 critical_enter();
 392                 td->td_pcb->pcb_fsbase = (register_t)tls_base;
 393                 wrmsr(MSR_FSBASE, td->td_pcb->pcb_fsbase);
 394                 critical_exit();
 395         } else {
 396                 td->td_pcb->pcb_fsbase = (register_t)tls_base;
 397         }
 398         return (0);
 399 }
 400
 401 #ifdef SMP
 402 static void
 403 cpu_reset_proxy()
 404 {
 405
 406         cpu_reset_proxy_active = 1;
 407         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 408                 ;       /* Wait for other cpu to see that we've started */
 409         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 410         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 411         DELAY(1000000);
 412         cpu_reset_real();
 413 }
 414 #endif
 415
 416 void
 417 cpu_reset()
 418 {
 419 #ifdef SMP
 420         u_int cnt, map;
 421
 422         if (smp_active) {
 423                 map = PCPU_GET(other_cpus) & ~stopped_cpus;
 424                 if (map != 0) {
 425                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 426                         stop_cpus(map);
 427                 }
 428
 429                 if (PCPU_GET(cpuid) != 0) {
 430                         cpu_reset_proxyid = PCPU_GET(cpuid);
 431                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 432                         cpu_reset_proxy_active = 0;
 433                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 434
 435                         /* Restart CPU #0. */
 436                         atomic_store_rel_int(&started_cpus, 1 << 0);
 437
 438                         cnt = 0;
 439                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 440                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 441                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 442                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 443                         enable_intr();
 444                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 445
 446                         while (1);
 447                         /* NOTREACHED */
 448                 }
 449
 450                 DELAY(1000000);
 451         }
 452 #endif
 453         cpu_reset_real();
 454         /* NOTREACHED */
 455 }
 456
 457 static void
 458 cpu_reset_real()
 459 {
 460         struct region_descriptor null_idt;
 461         int b;
 462
 463         disable_intr();
 464
 465         /*
 466          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 467          * do not turn off GateA20, as any machine that fails
 468          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 469          */
 470         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 471         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 472
 473         /*
 474          * Attempt to force a reset via the Reset Control register at
 475          * I/O port 0xcf9.  Bit 2 forces a system reset when it is
 476          * written as 1.  Bit 1 selects the type of reset to attempt:
 477          * 0 selects a "soft" reset, and 1 selects a "hard" reset.  We
 478          * try to do a "soft" reset first, and then a "hard" reset.
 479          */
 480         outb(0xcf9, 0x2);
 481         outb(0xcf9, 0x6);
 482         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 483
 484         /*
 485          * Attempt to force a reset via the Fast A20 and Init register
 486          * at I/O port 0x92.  Bit 1 serves as an alternate A20 gate.
 487          * Bit 0 asserts INIT# when set to 1.  We are careful to only
 488          * preserve bit 1 while setting bit 0.  We also must clear bit
 489          * 0 before setting it if it isn't already clear.
 490          */
 491         b = inb(0x92);
 492         if (b != 0xff) {
 493                 if ((b & 0x1) != 0)
 494                         outb(0x92, b & 0xfe);
 495                 outb(0x92, b | 0x1);
 496                 DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 497         }
 498
 499         printf("No known reset method worked, attempting CPU shutdown\n");
 500         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 501
 502         /* Wipe the IDT. */
 503         null_idt.rd_limit = 0;
 504         null_idt.rd_base = 0;
 505         lidt(&null_idt);
 506
 507         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 508         breakpoint();
 509
 510         /* NOTREACHED */
 511         while(1);
 512 }
 513
 514 /*
 515  * Allocate an sf_buf for the given vm_page.  On this machine, however, there
 516  * is no sf_buf object.  Instead, an opaque pointer to the given vm_page is
 517  * returned.
 518  */
 519 struct sf_buf *
 520 sf_buf_alloc(struct vm_page *m, int pri)
 521 {
 522
 523         return ((struct sf_buf *)m);
 524 }
 525
 526 /*
 527  * Free the sf_buf.  In fact, do nothing because there are no resources
 528  * associated with the sf_buf.
 529  */
 530 void
 531 sf_buf_free(struct sf_buf *sf)
 532 {
 533 }
 534
 535 /*
 536  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 537  */
 538 void
 539 swi_vm(void *dummy)
 540 {
 541         if (busdma_swi_pending != 0)
 542                 busdma_swi();
 543 }
 544
 545 /*
 546  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 547  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 548  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 549  * or other unpredictable behaviour.
 550  */
 551
 552 int
 553 is_physical_memory(vm_paddr_t addr)
 554 {
 555
 556 #ifdef DEV_ISA
 557         /* The ISA ``memory hole''. */
 558         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 559                 return 0;
 560 #endif
 561
 562         /*
 563          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 564          * here
 565          */
 566
 567         return 1;
 568 }