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