sys/i386/i386/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  * $FreeBSD$
  42  */
  43
  44 #include "npx.h"
  45 #include "opt_user_ldt.h"
  46 #ifdef PC98
  47 #include "opt_pc98.h"
  48 #endif
  49
  50 #include <sys/param.h>
  51 #include <sys/systm.h>
  52 #include <sys/malloc.h>
  53 #include <sys/proc.h>
  54 #include <sys/buf.h>
  55 #include <sys/vnode.h>
  56 #include <sys/vmmeter.h>
  57 #include <sys/kernel.h>
  58 #include <sys/sysctl.h>
  59 #include <sys/unistd.h>
  60
  61 #include <machine/clock.h>
  62 #include <machine/cpu.h>
  63 #include <machine/md_var.h>
  64 #ifdef SMP
  65 #include <machine/smp.h>
  66 #endif
  67 #include <machine/pcb.h>
  68 #include <machine/pcb_ext.h>
  69 #include <machine/vm86.h>
  70
  71 #include <vm/vm.h>
  72 #include <vm/vm_param.h>
  73 #include <sys/lock.h>
  74 #include <vm/vm_kern.h>
  75 #include <vm/vm_page.h>
  76 #include <vm/vm_map.h>
  77 #include <vm/vm_extern.h>
  78
  79 #include <sys/user.h>
  80
  81 #ifdef PC98
  82 #include <pc98/pc98/pc98.h>
  83 #else
  84 #include <i386/isa/isa.h>
  85 #endif
  86
  87 static void     cpu_reset_real __P((void));
  88 #ifdef SMP
  89 static void     cpu_reset_proxy __P((void));
  90 static u_int    cpu_reset_proxyid;
  91 static volatile u_int   cpu_reset_proxy_active;
  92 #endif
  93
  94 /*
  95  * quick version of vm_fault
  96  */
  97 int
  98 vm_fault_quick(v, prot)
  99         caddr_t v;
 100         int prot;
 101 {
 102         int r;
 103
 104         if (prot & VM_PROT_WRITE)
 105                 r = subyte(v, fubyte(v));
 106         else
 107                 r = fubyte(v);
 108         return(r);
 109 }
 110
 111 /*
 112  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
 113  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
 114  * ready to run and return to user mode.
 115  */
 116 void
 117 cpu_fork(p1, p2, flags)
 118         register struct proc *p1, *p2;
 119         int flags;
 120 {
 121         struct pcb *pcb2;
 122
 123         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 124 #ifdef USER_LDT
 125                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 126                         /* unshare user LDT */
 127                         struct pcb *pcb1 = &p1->p_addr->u_pcb;
 128                         struct pcb_ldt *pcb_ldt = pcb1->pcb_ldt;
 129                         if (pcb_ldt && pcb_ldt->ldt_refcnt > 1) {
 130                                 pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb1,pcb_ldt->ldt_len);
 131                                 user_ldt_free(pcb1);
 132                                 pcb1->pcb_ldt = pcb_ldt;
 133                                 set_user_ldt(pcb1);
 134                         }
 135                 }
 136 #endif
 137                 return;
 138         }
 139
 140 #if NNPX > 0
 141         /* Ensure that p1's pcb is up to date. */
 142         if (npxproc == p1)
 143                 npxsave(&p1->p_addr->u_pcb.pcb_savefpu);
 144 #endif
 145
 146         /* Copy p1's pcb. */
 147         p2->p_addr->u_pcb = p1->p_addr->u_pcb;
 148         pcb2 = &p2->p_addr->u_pcb;
 149
 150         /*
 151          * Create a new fresh stack for the new process.
 152          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
 153          * syscall.  This copies the user mode register values.
 154          */
 155         p2->p_md.md_regs = (struct trapframe *)
 156                            ((int)p2->p_addr + UPAGES * PAGE_SIZE - 16) - 1;
 157         *p2->p_md.md_regs = *p1->p_md.md_regs;
 158
 159         /*
 160          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
 161          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
 162          */
 163         pcb2->pcb_cr3 = vtophys(vmspace_pmap(p2->p_vmspace)->pm_pdir);
 164         pcb2->pcb_edi = p2->p_md.md_regs->tf_edi;
 165         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;
 166         pcb2->pcb_ebp = p2->p_md.md_regs->tf_ebp;
 167         pcb2->pcb_esp = (int)p2->p_md.md_regs - sizeof(void *);
 168         pcb2->pcb_ebx = (int)p2;
 169         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline;
 170         /*
 171          * pcb2->pcb_ldt:       duplicated below, if necessary.
 172          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
 173          * pcb2->pcb_flags:     cloned above (always 0 here?).
 174          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
 175          */
 176
 177 #ifdef SMP
 178         pcb2->pcb_mpnest = 1;
 179 #endif
 180         /*
 181          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
 182          */
 183         pcb2->pcb_ext = 0;
 184
 185 #ifdef USER_LDT
 186         /* Copy the LDT, if necessary. */
 187         if (pcb2->pcb_ldt != 0) {
 188                 if (flags & RFMEM) {
 189                         pcb2->pcb_ldt->ldt_refcnt++;
 190                 } else {
 191                         pcb2->pcb_ldt = user_ldt_alloc(pcb2,
 192                                 pcb2->pcb_ldt->ldt_len);
 193                 }
 194         }
 195 #endif
 196
 197         /*
 198          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
 199          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
 200          * containing the return address when exiting cpu_switch.
 201          * This will normally be to proc_trampoline(), which will have
 202          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  proc_trampoline()
 203          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
 204          * the return to user-mode.
 205          */
 206 }
 207
 208 /*
 209  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
 210  * been scheduled yet.
 211  *
 212  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
 213  */
 214 void
 215 cpu_set_fork_handler(p, func, arg)
 216         struct proc *p;
 217         void (*func) __P((void *));
 218         void *arg;
 219 {
 220         /*
 221          * Note that the trap frame follows the args, so the function
 222          * is really called like this:  func(arg, frame);
 223          */
 224         p->p_addr->u_pcb.pcb_esi = (int) func;  /* function */
 225         p->p_addr->u_pcb.pcb_ebx = (int) arg;   /* first arg */
 226 }
 227
 228 void
 229 cpu_exit(p)
 230         register struct proc *p;
 231 {
 232         struct pcb *pcb = &p->p_addr->u_pcb;
 233
 234 #if NNPX > 0
 235         npxexit(p);
 236 #endif  /* NNPX */
 237         if (pcb->pcb_ext != 0) {
 238                 /*
 239                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
 240                  * before freeing them?  (not done here)
 241                  */
 242                 kmem_free(kernel_map, (vm_offset_t)pcb->pcb_ext,
 243                     ctob(IOPAGES + 1));
 244                 pcb->pcb_ext = 0;
 245         }
 246 #ifdef USER_LDT
 247         user_ldt_free(pcb);
 248 #endif
 249         if (pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
 250                 /*
 251                  * disable all hardware breakpoints
 252                  */
 253                 reset_dbregs();
 254                 pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
 255         }
 256         cnt.v_swtch++;
 257         cpu_switch(p);
 258         panic("cpu_exit");
 259 }
 260
 261 void
 262 cpu_wait(p)
 263         struct proc *p;
 264 {
 265         /* drop per-process resources */
 266         pmap_dispose_proc(p);
 267
 268         /* and clean-out the vmspace */
 269         vmspace_free(p->p_vmspace);
 270 }
 271
 272 /*
 273  * Dump the machine specific header information at the start of a core dump.
 274  */
 275 int
 276 cpu_coredump(p, vp, cred)
 277         struct proc *p;
 278         struct vnode *vp;
 279         struct ucred *cred;
 280 {
 281         int error;
 282         caddr_t tempuser;
 283
 284         tempuser = malloc(ctob(UPAGES), M_TEMP, M_WAITOK);
 285         if (!tempuser)
 286                 return EINVAL;
 287
 288         bzero(tempuser, ctob(UPAGES));
 289         bcopy(p->p_addr, tempuser, sizeof(struct user));
 290         bcopy(p->p_md.md_regs,
 291               tempuser + ((caddr_t) p->p_md.md_regs - (caddr_t) p->p_addr),
 292               sizeof(struct trapframe));
 293
 294         error = vn_rdwr(UIO_WRITE, vp, (caddr_t) tempuser,
 295                         ctob(UPAGES),
 296                         (off_t)0, UIO_SYSSPACE, IO_NODELOCKED|IO_UNIT,
 297                         cred, (int *)NULL, p);
 298
 299         free(tempuser, M_TEMP);
 300
 301         return error;
 302 }
 303
 304 #ifdef notyet
 305 static void
 306 setredzone(pte, vaddr)
 307         u_short *pte;
 308         caddr_t vaddr;
 309 {
 310 /* eventually do this by setting up an expand-down stack segment
 311    for ss0: selector, allowing stack access down to top of u.
 312    this means though that protection violations need to be handled
 313    thru a double fault exception that must do an integral task
 314    switch to a known good context, within which a dump can be
 315    taken. a sensible scheme might be to save the initial context
 316    used by sched (that has physical memory mapped 1:1 at bottom)
 317    and take the dump while still in mapped mode */
 318 }
 319 #endif
 320
 321 /*
 322  * Convert kernel VA to physical address
 323  */
 324 u_long
 325 kvtop(void *addr)
 326 {
 327         vm_offset_t va;
 328
 329         va = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
 330         if (va == 0)
 331                 panic("kvtop: zero page frame");
 332         return((int)va);
 333 }
 334
 335 /*
 336  * Map an IO request into kernel virtual address space.
 337  *
 338  * All requests are (re)mapped into kernel VA space.
 339  * Notice that we use b_bufsize for the size of the buffer
 340  * to be mapped.  b_bcount might be modified by the driver.
 341  */
 342 void
 343 vmapbuf(bp)
 344         register struct buf *bp;
 345 {
 346         register caddr_t addr, v, kva;
 347         vm_offset_t pa;
 348
 349         if ((bp->b_flags & B_PHYS) == 0)
 350                 panic("vmapbuf");
 351
 352         for (v = bp->b_saveaddr, addr = (caddr_t)trunc_page((vm_offset_t)bp->b_data);
 353             addr < bp->b_data + bp->b_bufsize;
 354             addr += PAGE_SIZE, v += PAGE_SIZE) {
 355                 /*
 356                  * Do the vm_fault if needed; do the copy-on-write thing
 357                  * when reading stuff off device into memory.
 358                  */
 359                 vm_fault_quick(addr,
 360                         (bp->b_flags&B_READ)?(VM_PROT_READ|VM_PROT_WRITE):VM_PROT_READ);
 361                 pa = trunc_page(pmap_kextract((vm_offset_t) addr));
 362                 if (pa == 0)
 363                         panic("vmapbuf: page not present");
 364                 vm_page_hold(PHYS_TO_VM_PAGE(pa));
 365                 pmap_kenter((vm_offset_t) v, pa);
 366         }
 367
 368         kva = bp->b_saveaddr;
 369         bp->b_saveaddr = bp->b_data;
 370         bp->b_data = kva + (((vm_offset_t) bp->b_data) & PAGE_MASK);
 371 }
 372
 373 /*
 374  * Free the io map PTEs associated with this IO operation.
 375  * We also invalidate the TLB entries and restore the original b_addr.
 376  */
 377 void
 378 vunmapbuf(bp)
 379         register struct buf *bp;
 380 {
 381         register caddr_t addr;
 382         vm_offset_t pa;
 383
 384         if ((bp->b_flags & B_PHYS) == 0)
 385                 panic("vunmapbuf");
 386
 387         for (addr = (caddr_t)trunc_page((vm_offset_t)bp->b_data);
 388             addr < bp->b_data + bp->b_bufsize;
 389             addr += PAGE_SIZE) {
 390                 pa = trunc_page(pmap_kextract((vm_offset_t) addr));
 391                 pmap_kremove((vm_offset_t) addr);
 392                 vm_page_unhold(PHYS_TO_VM_PAGE(pa));
 393         }
 394
 395         bp->b_data = bp->b_saveaddr;
 396 }
 397
 398 /*
 399  * Force reset the processor by invalidating the entire address space!
 400  */
 401
 402 #ifdef SMP
 403 static void
 404 cpu_reset_proxy()
 405 {
 406         u_int saved_mp_lock;
 407
 408         cpu_reset_proxy_active = 1;
 409         while (cpu_reset_proxy_active == 1)
 410                 ;        /* Wait for other cpu to disable interupts */
 411         saved_mp_lock = mp_lock;
 412         mp_lock = 1;
 413         printf("cpu_reset_proxy: Grabbed mp lock for BSP\n");
 414         cpu_reset_proxy_active = 3;
 415         while (cpu_reset_proxy_active == 3)
 416                 ;       /* Wait for other cpu to enable interrupts */
 417         stop_cpus((1<<cpu_reset_proxyid));
 418         printf("cpu_reset_proxy: Stopped CPU %d\n", cpu_reset_proxyid);
 419         DELAY(1000000);
 420         cpu_reset_real();
 421 }
 422 #endif
 423
 424 void
 425 cpu_reset()
 426 {
 427 #ifdef SMP
 428         if (smp_active == 0) {
 429                 cpu_reset_real();
 430                 /* NOTREACHED */
 431         } else {
 432
 433                 u_int map;
 434                 int cnt;
 435                 printf("cpu_reset called on cpu#%d\n",cpuid);
 436
 437                 map = other_cpus & ~ stopped_cpus;
 438
 439                 if (map != 0) {
 440                         printf("cpu_reset: Stopping other CPUs\n");
 441                         stop_cpus(map);         /* Stop all other CPUs */
 442                 }
 443
 444                 if (cpuid == 0) {
 445                         DELAY(1000000);
 446                         cpu_reset_real();
 447                         /* NOTREACHED */
 448                 } else {
 449                         /* We are not BSP (CPU #0) */
 450
 451                         cpu_reset_proxyid = cpuid;
 452                         cpustop_restartfunc = cpu_reset_proxy;
 453                         printf("cpu_reset: Restarting BSP\n");
 454                         started_cpus = (1<<0);          /* Restart CPU #0 */
 455
 456                         cnt = 0;
 457                         while (cpu_reset_proxy_active == 0 && cnt < 10000000)
 458                                 cnt++;  /* Wait for BSP to announce restart */
 459                         if (cpu_reset_proxy_active == 0)
 460                                 printf("cpu_reset: Failed to restart BSP\n");
 461                         __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 462                         cpu_reset_proxy_active = 2;
 463                         cnt = 0;
 464                         while (cpu_reset_proxy_active == 2 && cnt < 10000000)
 465                                 cnt++;  /* Do nothing */
 466                         if (cpu_reset_proxy_active == 2) {
 467                                 printf("cpu_reset: BSP did not grab mp lock\n");
 468                                 cpu_reset_real();       /* XXX: Bogus ? */
 469                         }
 470                         cpu_reset_proxy_active = 4;
 471                         __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 472                         while (1);
 473                         /* NOTREACHED */
 474                 }
 475         }
 476 #else
 477         cpu_reset_real();
 478 #endif
 479 }
 480
 481 static void
 482 cpu_reset_real()
 483 {
 484
 485 #ifdef PC98
 486         /*
 487          * Attempt to do a CPU reset via CPU reset port.
 488          */
 489         disable_intr();
 490         if ((inb(0x35) & 0xa0) != 0xa0) {
 491                 outb(0x37, 0x0f);               /* SHUT0 = 0. */
 492                 outb(0x37, 0x0b);               /* SHUT1 = 0. */
 493         }
 494         outb(0xf0, 0x00);               /* Reset. */
 495 #else
 496         /*
 497          * Attempt to do a CPU reset via the keyboard controller,
 498          * do not turn of the GateA20, as any machine that fails
 499          * to do the reset here would then end up in no man's land.
 500          */
 501
 502 #if !defined(BROKEN_KEYBOARD_RESET)
 503         outb(IO_KBD + 4, 0xFE);
 504         DELAY(500000);  /* wait 0.5 sec to see if that did it */
 505         printf("Keyboard reset did not work, attempting CPU shutdown\n");
 506         DELAY(1000000); /* wait 1 sec for printf to complete */
 507 #endif
 508 #endif /* PC98 */
 509         /* force a shutdown by unmapping entire address space ! */
 510         bzero((caddr_t) PTD, PAGE_SIZE);
 511
 512         /* "good night, sweet prince .... <THUNK!>" */
 513         invltlb();
 514         /* NOTREACHED */
 515         while(1);
 516 }
 517
 518 int
 519 grow_stack(p, sp)
 520         struct proc *p;
 521         u_int sp;
 522 {
 523         int rv;
 524
 525         rv = vm_map_growstack (p, sp);
 526         if (rv != KERN_SUCCESS)
 527                 return (0);
 528
 529         return (1);
 530 }
 531
 532 SYSCTL_DECL(_vm_stats_misc);
 533
 534 static int cnt_prezero;
 535
 536 SYSCTL_INT(_vm_stats_misc, OID_AUTO,
 537         cnt_prezero, CTLFLAG_RD, &cnt_prezero, 0, "");
 538
 539 /*
 540  * Implement the pre-zeroed page mechanism.
 541  * This routine is called from the idle loop.
 542  */
 543
 544 #define ZIDLE_LO(v)     ((v) * 2 / 3)
 545 #define ZIDLE_HI(v)     ((v) * 4 / 5)
 546
 547 int
 548 vm_page_zero_idle()
 549 {
 550         static int free_rover;
 551         static int zero_state;
 552         vm_page_t m;
 553         int s;
 554
 555         /*
 556          * Attempt to maintain approximately 1/2 of our free pages in a
 557          * PG_ZERO'd state.   Add some hysteresis to (attempt to) avoid
 558          * generally zeroing a page when the system is near steady-state.
 559          * Otherwise we might get 'flutter' during disk I/O / IPC or
 560          * fast sleeps.  We also do not want to be continuously zeroing
 561          * pages because doing so may flush our L1 and L2 caches too much.
 562          */
 563
 564         if (zero_state && vm_page_zero_count >= ZIDLE_LO(cnt.v_free_count))
 565                 return(0);
 566         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 567                 return(0);
 568
 569 #ifdef SMP
 570         if (try_mplock()) {
 571 #endif
 572                 s = splvm();
 573                 __asm __volatile("sti" : : : "memory");
 574                 zero_state = 0;
 575                 m = vm_page_list_find(PQ_FREE, free_rover, FALSE);
 576                 if (m != NULL && (m->flags & PG_ZERO) == 0) {
 577                         vm_page_queues[m->queue].lcnt--;
 578                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[m->queue].pl, m, pageq);
 579                         m->queue = PQ_NONE;
 580                         splx(s);
 581 #if 0
 582                         rel_mplock();
 583 #endif
 584                         pmap_zero_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
 585 #if 0
 586                         get_mplock();
 587 #endif
 588                         (void)splvm();
 589                         vm_page_flag_set(m, PG_ZERO);
 590                         m->queue = PQ_FREE + m->pc;
 591                         vm_page_queues[m->queue].lcnt++;
 592                         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm_page_queues[m->queue].pl, m,
 593                             pageq);
 594                         ++vm_page_zero_count;
 595                         ++cnt_prezero;
 596                         if (vm_page_zero_count >= ZIDLE_HI(cnt.v_free_count))
 597                                 zero_state = 1;
 598                 }
 599                 free_rover = (free_rover + PQ_PRIME2) & PQ_L2_MASK;
 600                 splx(s);
 601                 __asm __volatile("cli" : : : "memory");
 602 #ifdef SMP
 603                 rel_mplock();
 604 #endif
 605                 return (1);
 606 #ifdef SMP
 607         }
 608 #endif
 609         return (0);
 610 }
 611
 612 /*
 613  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
 614  */
 615 void
 616 swi_vm()
 617 {
 618         if (busdma_swi_pending != 0)
 619                 busdma_swi();
 620 }
 621
 622 /*
 623  * Tell whether this address is in some physical memory region.
 624  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
 625  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
 626  * or other unpredictable behaviour.
 627  */
 628
 629 #include "isa.h"
 630
 631 int
 632 is_physical_memory(addr)
 633         vm_offset_t addr;
 634 {
 635
 636 #if NISA > 0
 637         /* The ISA ``memory hole''. */
 638         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
 639                 return 0;
 640 #endif
 641
 642         /*
 643          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
 644          * here
 645          */
 646
 647         return 1;
 648 }