sys/amd64/amd64/vm_machdep.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-4-Clause
   3  *
   4  * Copyright (c) 1982, 1986 The Regents of the University of California.
   5  * Copyright (c) 1989, 1990 William Jolitz
   6  * Copyright (c) 1994 John Dyson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
  10  * the Systems Programming Group of the University of Utah Computer
  11  * Science Department, and William Jolitz.
  12  *
  13  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  14  * modification, are permitted provided that the following conditions
  15  * are met:
  16  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  17  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  19  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  20  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  21  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  22  *    must display the following acknowledgement:
  23  *      This product includes software developed by the University of
  24  *      California, Berkeley and its contributors.
  25  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  26  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  27  *    without specific prior written permission.
  28  *
  29  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  30  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  31  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  32  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  33  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  34  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  35  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  36  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  37  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  38  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  39  * SUCH DAMAGE.
  40  *
  41  *      from: @(#)vm_machdep.c  7.3 (Berkeley) 5/13/91
  42  *      Utah $Hdr: vm_machdep.c 1.16.1.1 89/06/23$
  43  */
  44
  45 #include <sys/cdefs.h>
  46 __FBSDID("$FreeBSD$");
  47
  48 #include "opt_isa.h"
  49 #include "opt_cpu.h"
  50
  51 #include <sys/param.h>
  52 #include <sys/systm.h>
  53 #include <sys/bio.h>
  54 #include <sys/buf.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/smp.h>
  64 #include <sys/sysctl.h>
  65 #include <sys/sysent.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/smp.h>
  74 #include <machine/specialreg.h>
  75 #include <machine/tss.h>
  76
  77 #include <vm/vm.h>
  78 #include <vm/vm_extern.h>
  79 #include <vm/vm_kern.h>
  80 #include <vm/vm_page.h>
  81 #include <vm/vm_map.h>
  82 #include <vm/vm_param.h>
  83
  84 _Static_assert(OFFSETOF_CURTHREAD == offsetof(struct pcpu, pc_curthread),
  85     "OFFSETOF_CURTHREAD does not correspond with offset of pc_curthread.");
  86 _Static_assert(OFFSETOF_CURPCB == offsetof(struct pcpu, pc_curpcb),
  87     "OFFSETOF_CURPCB does not correspond with offset of pc_curpcb.");
  88 _Static_assert(OFFSETOF_MONITORBUF == offsetof(struct pcpu, pc_monitorbuf),
  89     "OFFSETOF_MONINORBUF does not correspond with offset of pc_monitorbuf.");
  90
  91 struct savefpu *
  92 get_pcb_user_save_td(struct thread *td)
  93 {
  94         vm_offset_t p;
  95
  96         p = td->td_kstack + td->td_kstack_pages * PAGE_SIZE -
  97             roundup2(cpu_max_ext_state_size, XSAVE_AREA_ALIGN);
  98         KASSERT((p % XSAVE_AREA_ALIGN) == 0, ("Unaligned pcb_user_save area"));
  99         return ((struct savefpu *)p);
 100 }
 101
 102 struct savefpu *
 103 get_pcb_user_save_pcb(struct pcb *pcb)
 104 {
 105         vm_offset_t p;
 106
 107         p = (vm_offset_t)(pcb + 1);
 108         return ((struct savefpu *)p);
 109 }
 110
 111 struct pcb *
 112 get_pcb_td(struct thread *td)
 113 {
 114         vm_offset_t p;
 115
 116         p = td->td_kstack + td->td_kstack_pages * PAGE_SIZE -
 117             roundup2(cpu_max_ext_state_size, XSAVE_AREA_ALIGN) -
 118             sizeof(struct pcb);
 119         return ((struct pcb *)p);
 120 }
 121
 122 void *
 123 alloc_fpusave(int flags)
 124 {
 125         void *res;
 126         struct savefpu_ymm *sf;
 127
 128         res = malloc(cpu_max_ext_state_size, M_DEVBUF, flags);
 129         if (use_xsave) {
 130                 sf = (struct savefpu_ymm *)res;
 131                 bzero(&sf->sv_xstate.sx_hd, sizeof(sf->sv_xstate.sx_hd));
 132                 sf->sv_xstate.sx_hd.xstate_bv = xsave_mask;
 133         }
 134         return (res);
 135 }
 136
 137 /*
 138  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
 139  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 140  * ready to run and return to user mode.
 141  */
 142 void
 143 cpu_fork(struct thread *td1, struct proc *p2, struct thread *td2, int flags)
 144 {
 145         struct proc *p1;
 146         struct pcb *pcb2;
 147         struct mdproc *mdp1, *mdp2;
 148         struct proc_ldt *pldt;
 149
 150         p1 = td1->td_proc;
 151         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 152                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 153                         /* unshare user LDT */
 154                         mdp1 = &p1->p_md;
 155                         mtx_lock(&dt_lock);
 156                         if ((pldt = mdp1->md_ldt) != NULL &&
 157                             pldt->ldt_refcnt > 1 &&
 158                             user_ldt_alloc(p1, 1) == NULL)
 159                                 panic("could not copy LDT");
 160                         mtx_unlock(&dt_lock);
 161                 }
 162                 return;
 163         }
 164
 165         /* Ensure that td1's pcb is up to date. */
 166         fpuexit(td1);
 167         update_pcb_bases(td1->td_pcb);
 168
 169         /* Point the pcb to the top of the stack */
 170         pcb2 = get_pcb_td(td2);
 171         td2->td_pcb = pcb2;
 172
 173         /* Copy td1's pcb */
 174         bcopy(td1->td_pcb, pcb2, sizeof(*pcb2));
 175
 176         /* Properly initialize pcb_save */
 177         pcb2->pcb_save = get_pcb_user_save_pcb(pcb2);
 178         bcopy(get_pcb_user_save_td(td1), get_pcb_user_save_pcb(pcb2),
 179             cpu_max_ext_state_size);
 180
 181         /* Point mdproc and then copy over td1's contents */
 182         mdp2 = &p2->p_md;
 183         bcopy(&p1->p_md, mdp2, sizeof(*mdp2));
 184
 185         /*
 186          * Create a new fresh stack for the new process.
 187          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 188          * syscall.  This copies most of the user mode register values.
 189          */
 190         td2->td_frame = (struct trapframe *)td2->td_pcb - 1;
 191         bcopy(td1->td_frame, td2->td_frame, sizeof(struct trapframe));
 192
 193         td2->td_frame->tf_rax = 0;              /* Child returns zero */
 194         td2->td_frame->tf_rflags &= ~PSL_C;     /* success */
 195         td2->td_frame->tf_rdx = 1;
 196
 197         /*
 198          * If the parent process has the trap bit set (i.e. a debugger had
 199          * single stepped the process to the system call), we need to clear
 200          * the trap flag from the new frame unless the debugger had set PF_FORK
 201          * on the parent.  Otherwise, the child will receive a (likely
 202          * unexpected) SIGTRAP when it executes the first instruction after
 203          * returning  to userland.
 204          */
 205         if ((p1->p_pfsflags & PF_FORK) == 0)
 206                 td2->td_frame->tf_rflags &= ~PSL_T;
 207
 208         /*
 209          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 210          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 211          */
 212         pcb2->pcb_r12 = (register_t)fork_return;        /* fork_trampoline argument */
 213         pcb2->pcb_rbp = 0;
 214         pcb2->pcb_rsp = (register_t)td2->td_frame - sizeof(void *);
 215         pcb2->pcb_rbx = (register_t)td2;                /* fork_trampoline argument */
 216         pcb2->pcb_rip = (register_t)fork_trampoline;
 217         /*-
 218          * pcb2->pcb_dr*:       cloned above.
 219          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 220          * pcb2->pcb_flags:     cloned above.
 221          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 222          * pcb2->pcb_[fg]sbase: cloned above
 223          */
 224
 225         /* Setup to release spin count in fork_exit(). */
 226         td2->td_md.md_spinlock_count = 1;
 227         td2->td_md.md_saved_flags = PSL_KERNEL | PSL_I;
 228         td2->td_md.md_invl_gen.gen = 0;
 229
 230         /* As an i386, do not copy io permission bitmap. */
 231         pcb2->pcb_tssp = NULL;
 232
 233         /* New segment registers. */
 234         set_pcb_flags_raw(pcb2, PCB_FULL_IRET);
 235
 236         /* Copy the LDT, if necessary. */
 237         mdp1 = &td1->td_proc->p_md;
 238         mdp2 = &p2->p_md;
 239         if (mdp1->md_ldt == NULL) {
 240                 mdp2->md_ldt = NULL;
 241                 return;
 242         }
 243         mtx_lock(&dt_lock);
 244         if (mdp1->md_ldt != NULL) {
 245                 if (flags & RFMEM) {
 246                         mdp1->md_ldt->ldt_refcnt++;
 247                         mdp2->md_ldt = mdp1->md_ldt;
 248                         bcopy(&mdp1->md_ldt_sd, &mdp2->md_ldt_sd, sizeof(struct
 249                             system_segment_descriptor));
 250                 } else {
 251                         mdp2->md_ldt = NULL;
 252                         mdp2->md_ldt = user_ldt_alloc(p2, 0);
 253                         if (mdp2->md_ldt == NULL)
 254                                 panic("could not copy LDT");
 255                         amd64_set_ldt_data(td2, 0, max_ldt_segment,
 256                             (struct user_segment_descriptor *)
 257                             mdp1->md_ldt->ldt_base);
 258                 }
 259         } else
 260                 mdp2->md_ldt = NULL;
 261         mtx_unlock(&dt_lock);
 262
 263         /*
 264          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 265          * pcb_rsp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 266          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 267          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
 268          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
 269          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 270          * the return to user-mode.
 271          */
 272 }
 273
 274 /*
 275  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 276  * been scheduled yet.
 277  *
 278  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 279  */
 280 void
 281 cpu_fork_kthread_handler(struct thread *td, void (*func)(void *), void *arg)
 282 {
 283         /*
 284          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 285          * is really called like this:  func(arg, frame);
 286          */
 287         td->td_pcb->pcb_r12 = (long) func;      /* function */
 288         td->td_pcb->pcb_rbx = (long) arg;       /* first arg */
 289 }
 290
 291 void
 292 cpu_exit(struct thread *td)
 293 {
 294
 295         /*
 296          * If this process has a custom LDT, release it.
 297          */
 298         if (td->td_proc->p_md.md_ldt != NULL)
 299                 user_ldt_free(td);
 300 }
 301
 302 void
 303 cpu_thread_exit(struct thread *td)
 304 {
 305         struct pcb *pcb;
 306
 307         critical_enter();
 308         if (td == PCPU_GET(fpcurthread))
 309                 fpudrop();
 310         critical_exit();
 311
 312         pcb = td->td_pcb;
 313
 314         /* Disable any hardware breakpoints. */
 315         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 316                 reset_dbregs();
 317                 clear_pcb_flags(pcb, PCB_DBREGS);
 318         }
 319 }
 320
 321 void
 322 cpu_thread_clean(struct thread *td)
 323 {
 324         struct pcb *pcb;
 325
 326         pcb = td->td_pcb;
 327
 328         /*
 329          * Clean TSS/iomap
 330          */
 331         if (pcb->pcb_tssp != NULL) {
 332                 pmap_pti_remove_kva((vm_offset_t)pcb->pcb_tssp,
 333                     (vm_offset_t)pcb->pcb_tssp + ctob(IOPAGES + 1));
 334                 kmem_free(kernel_arena, (vm_offset_t)pcb->pcb_tssp,
 335                     ctob(IOPAGES + 1));
 336                 pcb->pcb_tssp = NULL;
 337         }
 338 }
 339
 340 void
 341 cpu_thread_swapin(struct thread *td)
 342 {
 343 }
 344
 345 void
 346 cpu_thread_swapout(struct thread *td)
 347 {
 348 }
 349
 350 void
 351 cpu_thread_alloc(struct thread *td)
 352 {
 353         struct pcb *pcb;
 354         struct xstate_hdr *xhdr;
 355
 356         td->td_pcb = pcb = get_pcb_td(td);
 357         td->td_frame = (struct trapframe *)pcb - 1;
 358         pcb->pcb_save = get_pcb_user_save_pcb(pcb);
 359         if (use_xsave) {
 360                 xhdr = (struct xstate_hdr *)(pcb->pcb_save + 1);
 361                 bzero(xhdr, sizeof(*xhdr));
 362                 xhdr->xstate_bv = xsave_mask;
 363         }
 364 }
 365
 366 void
 367 cpu_thread_free(struct thread *td)
 368 {
 369
 370         cpu_thread_clean(td);
 371 }
 372
 373 void
 374 cpu_set_syscall_retval(struct thread *td, int error)
 375 {
 376
 377         switch (error) {
 378         case 0:
 379                 td->td_frame->tf_rax = td->td_retval[0];
 380                 td->td_frame->tf_rdx = td->td_retval[1];
 381                 td->td_frame->tf_rflags &= ~PSL_C;
 382                 break;
 383
 384         case ERESTART:
 385                 /*
 386                  * Reconstruct pc, we know that 'syscall' is 2 bytes,
 387                  * lcall $X,y is 7 bytes, int 0x80 is 2 bytes.
 388                  * We saved this in tf_err.
 389                  * %r10 (which was holding the value of %rcx) is restored
 390                  * for the next iteration.
 391                  * %r10 restore is only required for freebsd/amd64 processes,
 392                  * but shall be innocent for any ia32 ABI.
 393                  *
 394                  * Require full context restore to get the arguments
 395                  * in the registers reloaded at return to usermode.
 396                  */
 397                 td->td_frame->tf_rip -= td->td_frame->tf_err;
 398                 td->td_frame->tf_r10 = td->td_frame->tf_rcx;
 399                 set_pcb_flags(td->td_pcb, PCB_FULL_IRET);
 400                 break;
 401
 402         case EJUSTRETURN:
 403                 break;
 404
 405         default:
 406                 td->td_frame->tf_rax = SV_ABI_ERRNO(td->td_proc, error);
 407                 td->td_frame->tf_rflags |= PSL_C;
 408                 break;
 409         }
 410 }
 411
 412 /*
 413  * Initialize machine state, mostly pcb and trap frame for a new
 414  * thread, about to return to userspace.  Put enough state in the new
 415  * thread's PCB to get it to go back to the fork_return(), which
 416  * finalizes the thread state and handles peculiarities of the first
 417  * return to userspace for the new thread.
 418  */
 419 void
 420 cpu_copy_thread(struct thread *td, struct thread *td0)
 421 {
 422         struct pcb *pcb2;
 423
 424         /* Point the pcb to the top of the stack. */
 425         pcb2 = td->td_pcb;
 426
 427         /*
 428          * Copy the upcall pcb.  This loads kernel regs.
 429          * Those not loaded individually below get their default
 430          * values here.
 431          */
 432         update_pcb_bases(td0->td_pcb);
 433         bcopy(td0->td_pcb, pcb2, sizeof(*pcb2));
 434         clear_pcb_flags(pcb2, PCB_FPUINITDONE | PCB_USERFPUINITDONE |
 435             PCB_KERNFPU);
 436         pcb2->pcb_save = get_pcb_user_save_pcb(pcb2);
 437         bcopy(get_pcb_user_save_td(td0), pcb2->pcb_save,
 438             cpu_max_ext_state_size);
 439         set_pcb_flags_raw(pcb2, PCB_FULL_IRET);
 440
 441         /*
 442          * Create a new fresh stack for the new thread.
 443          */
 444         bcopy(td0->td_frame, td->td_frame, sizeof(struct trapframe));
 445
 446         /* If the current thread has the trap bit set (i.e. a debugger had
 447          * single stepped the process to the system call), we need to clear
 448          * the trap flag from the new frame. Otherwise, the new thread will
 449          * receive a (likely unexpected) SIGTRAP when it executes the first
 450          * instruction after returning to userland.
 451          */
 452         td->td_frame->tf_rflags &= ~PSL_T;
 453
 454         /*
 455          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 456          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 457          */
 458         pcb2->pcb_r12 = (register_t)fork_return;            /* trampoline arg */
 459         pcb2->pcb_rbp = 0;
 460         pcb2->pcb_rsp = (register_t)td->td_frame - sizeof(void *);      /* trampoline arg */
 461         pcb2->pcb_rbx = (register_t)td;                     /* trampoline arg */
 462         pcb2->pcb_rip = (register_t)fork_trampoline;
 463         /*
 464          * If we didn't copy the pcb, we'd need to do the following registers:
 465          * pcb2->pcb_dr*:       cloned above.
 466          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 467          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 468          * pcb2->pcb_[fg]sbase: cloned above
 469          */
 470
 471         /* Setup to release spin count in fork_exit(). */
 472         td->td_md.md_spinlock_count = 1;
 473         td->td_md.md_saved_flags = PSL_KERNEL | PSL_I;
 474 }
 475
 476 /*
 477  * Set that machine state for performing an upcall that starts
 478  * the entry function with the given argument.
 479  */
 480 void
 481 cpu_set_upcall(struct thread *td, void (*entry)(void *), void *arg,
 482     stack_t *stack)
 483 {
 484
 485         /*
 486          * Do any extra cleaning that needs to be done.
 487          * The thread may have optional components
 488          * that are not present in a fresh thread.
 489          * This may be a recycled thread so make it look
 490          * as though it's newly allocated.
 491          */
 492         cpu_thread_clean(td);
 493
 494 #ifdef COMPAT_FREEBSD32
 495         if (SV_PROC_FLAG(td->td_proc, SV_ILP32)) {
 496                 /*
 497                  * Set the trap frame to point at the beginning of the entry
 498                  * function.
 499                  */
 500                 td->td_frame->tf_rbp = 0;
 501                 td->td_frame->tf_rsp =
 502                    (((uintptr_t)stack->ss_sp + stack->ss_size - 4) & ~0x0f) - 4;
 503                 td->td_frame->tf_rip = (uintptr_t)entry;
 504
 505                 /* Return address sentinel value to stop stack unwinding. */
 506                 suword32((void *)td->td_frame->tf_rsp, 0);
 507
 508                 /* Pass the argument to the entry point. */
 509                 suword32((void *)(td->td_frame->tf_rsp + sizeof(int32_t)),
 510                     (uint32_t)(uintptr_t)arg);
 511
 512                 return;
 513         }
 514 #endif
 515
 516         /*
 517          * Set the trap frame to point at the beginning of the uts
 518          * function.
 519          */
 520         td->td_frame->tf_rbp = 0;
 521         td->td_frame->tf_rsp =
 522             ((register_t)stack->ss_sp + stack->ss_size) & ~0x0f;
 523         td->td_frame->tf_rsp -= 8;
 524         td->td_frame->tf_rip = (register_t)entry;
 525         td->td_frame->tf_ds = _udatasel;
 526         td->td_frame->tf_es = _udatasel;
 527         td->td_frame->tf_fs = _ufssel;
 528         td->td_frame->tf_gs = _ugssel;
 529         td->td_frame->tf_flags = TF_HASSEGS;
 530
 531         /* Return address sentinel value to stop stack unwinding. */
 532         suword((void *)td->td_frame->tf_rsp, 0);
 533
 534         /* Pass the argument to the entry point. */
 535         td->td_frame->tf_rdi = (register_t)arg;
 536 }
 537
 538 int
 539 cpu_set_user_tls(struct thread *td, void *tls_base)
 540 {
 541         struct pcb *pcb;
 542
 543         if ((u_int64_t)tls_base >= VM_MAXUSER_ADDRESS)
 544                 return (EINVAL);
 545
 546         pcb = td->td_pcb;
 547         set_pcb_flags(pcb, PCB_FULL_IRET);
 548 #ifdef COMPAT_FREEBSD32
 549         if (SV_PROC_FLAG(td->td_proc, SV_ILP32)) {
 550                 pcb->pcb_gsbase = (register_t)tls_base;
 551                 return (0);
 552         }
 553 #endif
 554         pcb->pcb_fsbase = (register_t)tls_base;
 555         return (0);
 556 }
 557
 558 /*
 559  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 560  */
 561 void
 562 swi_vm(void *dummy)
 563 {
 564         if (busdma_swi_pending != 0)
 565                 busdma_swi();
 566 }
 567
 568 /*
 569  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 570  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 571  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 572  * or other unpredictable behaviour.
 573  */
 574
 575 int
 576 is_physical_memory(vm_paddr_t addr)
 577 {
 578
 579 #ifdef DEV_ISA
 580         /* The ISA ``memory hole''. */
 581         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 582                 return 0;
 583 #endif
 584
 585         /*
 586          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 587          * here
 588          */
 589
 590         return 1;
 591 }