]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/vm_machdep.c
zfs: merge openzfs/zfs@feff9dfed
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / i386 / i386 / 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_npx.h"
50 #include "opt_reset.h"
51 #include "opt_cpu.h"
52
53 #include <sys/param.h>
54 #include <sys/systm.h>
55 #include <sys/bio.h>
56 #include <sys/buf.h>
57 #include <sys/kernel.h>
58 #include <sys/ktr.h>
59 #include <sys/lock.h>
60 #include <sys/malloc.h>
61 #include <sys/mbuf.h>
62 #include <sys/mutex.h>
63 #include <sys/proc.h>
64 #include <sys/sysent.h>
65 #include <sys/sf_buf.h>
66 #include <sys/smp.h>
67 #include <sys/sched.h>
68 #include <sys/sysctl.h>
69 #include <sys/unistd.h>
70 #include <sys/vnode.h>
71 #include <sys/vmmeter.h>
72
73 #include <machine/cpu.h>
74 #include <machine/cputypes.h>
75 #include <machine/md_var.h>
76 #include <machine/pcb.h>
77 #include <machine/pcb_ext.h>
78 #include <machine/smp.h>
79 #include <machine/vm86.h>
80
81 #include <vm/vm.h>
82 #include <vm/vm_extern.h>
83 #include <vm/vm_kern.h>
84 #include <vm/vm_page.h>
85 #include <vm/vm_map.h>
86 #include <vm/vm_param.h>
87
88 _Static_assert(__OFFSETOF_MONITORBUF == offsetof(struct pcpu, pc_monitorbuf),
89     "__OFFSETOF_MONITORBUF does not correspond with offset of pc_monitorbuf.");
90
91 union 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 ((union savefpu *)p);
100 }
101
102 union 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 ((union 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  * Common code shared between cpu_fork() and cpu_copy_thread() for
139  * initializing a thread.
140  */
141 static void
142 copy_thread(struct thread *td1, struct thread *td2)
143 {
144         struct pcb *pcb2;
145
146         pcb2 = td2->td_pcb;
147
148         /* Ensure that td1's pcb is up to date for user threads. */
149         if ((td2->td_pflags & TDP_KTHREAD) == 0) {
150                 MPASS(td1 == curthread);
151                 td1->td_pcb->pcb_gs = rgs();
152                 critical_enter();
153                 if (PCPU_GET(fpcurthread) == td1)
154                         npxsave(td1->td_pcb->pcb_save);
155                 critical_exit();
156         }
157
158         /* Copy td1's pcb */
159         bcopy(td1->td_pcb, pcb2, sizeof(*pcb2));
160
161         /* Properly initialize pcb_save */
162         pcb2->pcb_save = get_pcb_user_save_pcb(pcb2);
163
164         /* Kernel threads start with clean NPX and segment bases. */
165         if ((td2->td_pflags & TDP_KTHREAD) != 0) {
166                 pcb2->pcb_gs = _udatasel;
167                 set_fsbase(td2, 0);
168                 set_gsbase(td2, 0);
169                 pcb2->pcb_flags &= ~(PCB_NPXINITDONE | PCB_NPXUSERINITDONE |
170                     PCB_KERNNPX | PCB_KERNNPX_THR);
171         } else {
172                 MPASS((pcb2->pcb_flags & (PCB_KERNNPX | PCB_KERNNPX_THR)) == 0);
173                 bcopy(get_pcb_user_save_td(td1), get_pcb_user_save_pcb(pcb2),
174                     cpu_max_ext_state_size);
175         }
176
177         /*
178          * Set registers for trampoline to user mode.  Leave space for the
179          * return address on stack.  These are the kernel mode register values.
180          */
181         pcb2->pcb_edi = 0;
182         pcb2->pcb_esi = (int)fork_return;                   /* trampoline arg */
183         pcb2->pcb_ebp = 0;
184         pcb2->pcb_esp = (int)td2->td_frame - sizeof(void *); /* trampoline arg */
185         pcb2->pcb_ebx = (int)td2;                           /* trampoline arg */
186         pcb2->pcb_eip = (int)fork_trampoline + setidt_disp;
187         /*
188          * If we didn't copy the pcb, we'd need to do the following registers:
189          * pcb2->pcb_cr3:       cloned above.
190          * pcb2->pcb_dr*:       cloned above.
191          * pcb2->pcb_savefpu:   cloned above.
192          * pcb2->pcb_flags:     cloned above.
193          * pcb2->pcb_onfault:   cloned above (always NULL here?).
194          * pcb2->pcb_gs:        cloned above.
195          * pcb2->pcb_ext:       cleared below.
196          */
197         pcb2->pcb_ext = NULL;
198
199         /* Setup to release spin count in fork_exit(). */
200         td2->td_md.md_spinlock_count = 1;
201         td2->td_md.md_saved_flags = PSL_KERNEL | PSL_I;
202 }
203
204 /*
205  * Finish a fork operation, with process p2 nearly set up.
206  * Copy and update the pcb, set up the stack so that the child
207  * ready to run and return to user mode.
208  */
209 void
210 cpu_fork(struct thread *td1, struct proc *p2, struct thread *td2, int flags)
211 {
212         struct proc *p1;
213         struct pcb *pcb2;
214         struct mdproc *mdp2;
215
216         p1 = td1->td_proc;
217         if ((flags & RFPROC) == 0) {
218                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
219                         /* unshare user LDT */
220                         struct mdproc *mdp1 = &p1->p_md;
221                         struct proc_ldt *pldt, *pldt1;
222
223                         mtx_lock_spin(&dt_lock);
224                         if ((pldt1 = mdp1->md_ldt) != NULL &&
225                             pldt1->ldt_refcnt > 1) {
226                                 pldt = user_ldt_alloc(mdp1, pldt1->ldt_len);
227                                 if (pldt == NULL)
228                                         panic("could not copy LDT");
229                                 mdp1->md_ldt = pldt;
230                                 set_user_ldt(mdp1);
231                                 user_ldt_deref(pldt1);
232                         } else
233                                 mtx_unlock_spin(&dt_lock);
234                 }
235                 return;
236         }
237
238         /* Point the pcb to the top of the stack */
239         pcb2 = get_pcb_td(td2);
240         td2->td_pcb = pcb2;
241
242         copy_thread(td1, td2);
243
244         /* Reset debug registers in the new process */
245         x86_clear_dbregs(pcb2);
246
247         /* Point mdproc and then copy over td1's contents */
248         mdp2 = &p2->p_md;
249         bcopy(&p1->p_md, mdp2, sizeof(*mdp2));
250
251         /*
252          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
253          * syscall.  This copies most of the user mode register values.
254          * The -VM86_STACK_SPACE (-16) is so we can expand the trapframe
255          * if we go to vm86.
256          */
257         td2->td_frame = (struct trapframe *)((caddr_t)td2->td_pcb -
258             VM86_STACK_SPACE) - 1;
259         bcopy(td1->td_frame, td2->td_frame, sizeof(struct trapframe));
260
261         /* Set child return values. */
262         p2->p_sysent->sv_set_fork_retval(td2);
263
264         /*
265          * If the parent process has the trap bit set (i.e. a debugger
266          * had single stepped the process to the system call), we need
267          * to clear the trap flag from the new frame.
268          */
269         td2->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_T;
270
271         /* Set cr3 for the new process. */
272         pcb2->pcb_cr3 = pmap_get_cr3(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
273
274         /*
275          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
276          */
277         pcb2->pcb_ext = NULL;
278
279         /* Copy the LDT, if necessary. */
280         mtx_lock_spin(&dt_lock);
281         if (mdp2->md_ldt != NULL) {
282                 if (flags & RFMEM) {
283                         mdp2->md_ldt->ldt_refcnt++;
284                 } else {
285                         mdp2->md_ldt = user_ldt_alloc(mdp2,
286                             mdp2->md_ldt->ldt_len);
287                         if (mdp2->md_ldt == NULL)
288                                 panic("could not copy LDT");
289                 }
290         }
291         mtx_unlock_spin(&dt_lock);
292
293         /*
294          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
295          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
296          * containing the return address when exiting cpu_switch.
297          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
298          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
299          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
300          * the return to user-mode.
301          */
302 }
303
304 void
305 x86_set_fork_retval(struct thread *td)
306 {
307         struct trapframe * frame = td->td_frame;
308
309         frame->tf_eax = 0;              /* Child returns zero */
310         frame->tf_eflags &= ~PSL_C;     /* success */
311         frame->tf_edx = 1;              /* System V emulation */
312 }
313
314 /*
315  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
316  * been scheduled yet.
317  *
318  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
319  */
320 void
321 cpu_fork_kthread_handler(struct thread *td, void (*func)(void *), void *arg)
322 {
323         /*
324          * Note that the trap frame follows the args, so the function
325          * is really called like this:  func(arg, frame);
326          */
327         td->td_pcb->pcb_esi = (int) func;       /* function */
328         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;        /* first arg */
329 }
330
331 void
332 cpu_exit(struct thread *td)
333 {
334
335         /*
336          * If this process has a custom LDT, release it.  Reset pc->pcb_gs
337          * and %gs before we free it in case they refer to an LDT entry.
338          */
339         mtx_lock_spin(&dt_lock);
340         if (td->td_proc->p_md.md_ldt) {
341                 td->td_pcb->pcb_gs = _udatasel;
342                 load_gs(_udatasel);
343                 user_ldt_free(td);
344         } else
345                 mtx_unlock_spin(&dt_lock);
346 }
347
348 void
349 cpu_thread_exit(struct thread *td)
350 {
351
352         critical_enter();
353         if (td == PCPU_GET(fpcurthread))
354                 npxdrop();
355         critical_exit();
356
357         /* Disable any hardware breakpoints. */
358         if (td->td_pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
359                 reset_dbregs();
360                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
361         }
362 }
363
364 void
365 cpu_thread_clean(struct thread *td)
366 {
367         struct pcb *pcb;
368
369         pcb = td->td_pcb; 
370         if (pcb->pcb_ext != NULL) {
371                 /* if (pcb->pcb_ext->ext_refcount-- == 1) ?? */
372                 /*
373                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
374                  * before freeing them?  (not done here)
375                  */
376                 pmap_trm_free(pcb->pcb_ext, ctob(IOPAGES + 1));
377                 pcb->pcb_ext = NULL;
378         }
379 }
380
381 void
382 cpu_thread_swapin(struct thread *td)
383 {
384 }
385
386 void
387 cpu_thread_swapout(struct thread *td)
388 {
389 }
390
391 void
392 cpu_thread_alloc(struct thread *td)
393 {
394         struct pcb *pcb;
395         struct xstate_hdr *xhdr;
396
397         td->td_pcb = pcb = get_pcb_td(td);
398         td->td_frame = (struct trapframe *)((caddr_t)pcb -
399             VM86_STACK_SPACE) - 1;
400         pcb->pcb_ext = NULL; 
401         pcb->pcb_save = get_pcb_user_save_pcb(pcb);
402         if (use_xsave) {
403                 xhdr = (struct xstate_hdr *)(pcb->pcb_save + 1);
404                 bzero(xhdr, sizeof(*xhdr));
405                 xhdr->xstate_bv = xsave_mask;
406         }
407 }
408
409 void
410 cpu_thread_free(struct thread *td)
411 {
412
413         cpu_thread_clean(td);
414 }
415
416 bool
417 cpu_exec_vmspace_reuse(struct proc *p __unused, vm_map_t map __unused)
418 {
419
420         return (true);
421 }
422
423 int
424 cpu_procctl(struct thread *td __unused, int idtype __unused, id_t id __unused,
425     int com __unused, void *data __unused)
426 {
427
428         return (EINVAL);
429 }
430
431 void
432 cpu_set_syscall_retval(struct thread *td, int error)
433 {
434
435         switch (error) {
436         case 0:
437                 td->td_frame->tf_eax = td->td_retval[0];
438                 td->td_frame->tf_edx = td->td_retval[1];
439                 td->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_C;
440                 break;
441
442         case ERESTART:
443                 /*
444                  * Reconstruct pc, assuming lcall $X,y is 7 bytes, int
445                  * 0x80 is 2 bytes. We saved this in tf_err.
446                  */
447                 td->td_frame->tf_eip -= td->td_frame->tf_err;
448                 break;
449
450         case EJUSTRETURN:
451                 break;
452
453         default:
454                 td->td_frame->tf_eax = error;
455                 td->td_frame->tf_eflags |= PSL_C;
456                 break;
457         }
458 }
459
460 /*
461  * Initialize machine state, mostly pcb and trap frame for a new
462  * thread, about to return to userspace.  Put enough state in the new
463  * thread's PCB to get it to go back to the fork_return(), which
464  * finalizes the thread state and handles peculiarities of the first
465  * return to userspace for the new thread.
466  */
467 void
468 cpu_copy_thread(struct thread *td, struct thread *td0)
469 {
470         copy_thread(td0, td);
471
472         /*
473          * Copy user general-purpose registers.
474          *
475          * Some of these registers are rewritten by cpu_set_upcall()
476          * and linux_set_upcall().
477          */
478         bcopy(td0->td_frame, td->td_frame, sizeof(struct trapframe));
479
480         /* If the current thread has the trap bit set (i.e. a debugger had
481          * single stepped the process to the system call), we need to clear
482          * the trap flag from the new frame. Otherwise, the new thread will
483          * receive a (likely unexpected) SIGTRAP when it executes the first
484          * instruction after returning to userland.
485          */
486         td->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_T;
487 }
488
489 /*
490  * Set that machine state for performing an upcall that starts
491  * the entry function with the given argument.
492  */
493 void
494 cpu_set_upcall(struct thread *td, void (*entry)(void *), void *arg,
495     stack_t *stack)
496 {
497
498         /* 
499          * Do any extra cleaning that needs to be done.
500          * The thread may have optional components
501          * that are not present in a fresh thread.
502          * This may be a recycled thread so make it look
503          * as though it's newly allocated.
504          */
505         cpu_thread_clean(td);
506
507         /*
508          * Set the trap frame to point at the beginning of the entry
509          * function.
510          */
511         td->td_frame->tf_ebp = 0; 
512         td->td_frame->tf_esp =
513             (((int)stack->ss_sp + stack->ss_size - 4) & ~0x0f) - 4;
514         td->td_frame->tf_eip = (int)entry;
515
516         /* Return address sentinel value to stop stack unwinding. */
517         suword((void *)td->td_frame->tf_esp, 0);
518
519         /* Pass the argument to the entry point. */
520         suword((void *)(td->td_frame->tf_esp + sizeof(void *)),
521             (int)arg);
522 }
523
524 int
525 cpu_set_user_tls(struct thread *td, void *tls_base)
526 {
527         struct segment_descriptor sd;
528         uint32_t base;
529
530         /*
531          * Construct a descriptor and store it in the pcb for
532          * the next context switch.  Also store it in the gdt
533          * so that the load of tf_fs into %fs will activate it
534          * at return to userland.
535          */
536         base = (uint32_t)tls_base;
537         sd.sd_lobase = base & 0xffffff;
538         sd.sd_hibase = (base >> 24) & 0xff;
539         sd.sd_lolimit = 0xffff; /* 4GB limit, wraps around */
540         sd.sd_hilimit = 0xf;
541         sd.sd_type  = SDT_MEMRWA;
542         sd.sd_dpl   = SEL_UPL;
543         sd.sd_p     = 1;
544         sd.sd_xx    = 0;
545         sd.sd_def32 = 1;
546         sd.sd_gran  = 1;
547         critical_enter();
548         /* set %gs */
549         td->td_pcb->pcb_gsd = sd;
550         if (td == curthread) {
551                 PCPU_GET(fsgs_gdt)[1] = sd;
552                 load_gs(GSEL(GUGS_SEL, SEL_UPL));
553         }
554         critical_exit();
555         return (0);
556 }
557
558 /*
559  * Convert kernel VA to physical address
560  */
561 vm_paddr_t
562 kvtop(void *addr)
563 {
564         vm_paddr_t pa;
565
566         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
567         if (pa == 0)
568                 panic("kvtop: zero page frame");
569         return (pa);
570 }
571
572 /*
573  * Get an sf_buf from the freelist.  May block if none are available.
574  */
575 void
576 sf_buf_map(struct sf_buf *sf, int flags)
577 {
578
579         pmap_sf_buf_map(sf);
580 #ifdef SMP
581         sf_buf_shootdown(sf, flags);
582 #endif
583 }
584
585 #ifdef SMP
586 static void
587 sf_buf_shootdown_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused,
588     vm_offset_t addr1 __unused, vm_offset_t addr2 __unused)
589 {
590 }
591
592 void
593 sf_buf_shootdown(struct sf_buf *sf, int flags)
594 {
595         cpuset_t other_cpus;
596         u_int cpuid;
597
598         sched_pin();
599         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
600         if (!CPU_ISSET(cpuid, &sf->cpumask)) {
601                 CPU_SET(cpuid, &sf->cpumask);
602                 invlpg(sf->kva);
603         }
604         if ((flags & SFB_CPUPRIVATE) == 0) {
605                 other_cpus = all_cpus;
606                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
607                 CPU_ANDNOT(&other_cpus, &other_cpus, &sf->cpumask);
608                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus)) {
609                         CPU_OR(&sf->cpumask, &sf->cpumask, &other_cpus);
610                         smp_masked_invlpg(other_cpus, sf->kva, kernel_pmap,
611                             sf_buf_shootdown_curcpu_cb);
612                 }
613         }
614         sched_unpin();
615 }
616 #endif
617
618 /*
619  * MD part of sf_buf_free().
620  */
621 int
622 sf_buf_unmap(struct sf_buf *sf)
623 {
624
625         return (0);
626 }
627
628 static void
629 sf_buf_invalidate(struct sf_buf *sf)
630 {
631         vm_page_t m = sf->m;
632
633         /*
634          * Use pmap_qenter to update the pte for
635          * existing mapping, in particular, the PAT
636          * settings are recalculated.
637          */
638         pmap_qenter(sf->kva, &m, 1);
639         pmap_invalidate_cache_range(sf->kva, sf->kva + PAGE_SIZE);
640 }
641
642 /*
643  * Invalidate the cache lines that may belong to the page, if
644  * (possibly old) mapping of the page by sf buffer exists.  Returns
645  * TRUE when mapping was found and cache invalidated.
646  */
647 boolean_t
648 sf_buf_invalidate_cache(vm_page_t m)
649 {
650
651         return (sf_buf_process_page(m, sf_buf_invalidate));
652 }