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