]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/i386/i386/vm_machdep.c
zfs: merge OpenZFS master-891568c99
[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         /* Point mdproc and then copy over td1's contents */
245         mdp2 = &p2->p_md;
246         bcopy(&p1->p_md, mdp2, sizeof(*mdp2));
247
248         /*
249          * Copy the trap frame for the return to user mode as if from a
250          * syscall.  This copies most of the user mode register values.
251          * The -VM86_STACK_SPACE (-16) is so we can expand the trapframe
252          * if we go to vm86.
253          */
254         td2->td_frame = (struct trapframe *)((caddr_t)td2->td_pcb -
255             VM86_STACK_SPACE) - 1;
256         bcopy(td1->td_frame, td2->td_frame, sizeof(struct trapframe));
257
258         td2->td_frame->tf_eax = 0;              /* Child returns zero */
259         td2->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_C;     /* success */
260         td2->td_frame->tf_edx = 1;
261
262         /*
263          * If the parent process has the trap bit set (i.e. a debugger
264          * had single stepped the process to the system call), we need
265          * to clear the trap flag from the new frame.
266          */
267         td2->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_T;
268
269         /* Set cr3 for the new process. */
270         pcb2->pcb_cr3 = pmap_get_cr3(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
271
272         /*
273          * XXX don't copy the i/o pages.  this should probably be fixed.
274          */
275         pcb2->pcb_ext = NULL;
276
277         /* Copy the LDT, if necessary. */
278         mtx_lock_spin(&dt_lock);
279         if (mdp2->md_ldt != NULL) {
280                 if (flags & RFMEM) {
281                         mdp2->md_ldt->ldt_refcnt++;
282                 } else {
283                         mdp2->md_ldt = user_ldt_alloc(mdp2,
284                             mdp2->md_ldt->ldt_len);
285                         if (mdp2->md_ldt == NULL)
286                                 panic("could not copy LDT");
287                 }
288         }
289         mtx_unlock_spin(&dt_lock);
290
291         /*
292          * Now, cpu_switch() can schedule the new process.
293          * pcb_esp is loaded pointing to the cpu_switch() stack frame
294          * containing the return address when exiting cpu_switch.
295          * This will normally be to fork_trampoline(), which will have
296          * %ebx loaded with the new proc's pointer.  fork_trampoline()
297          * will set up a stack to call fork_return(p, frame); to complete
298          * the return to user-mode.
299          */
300 }
301
302 /*
303  * Intercept the return address from a freshly forked process that has NOT
304  * been scheduled yet.
305  *
306  * This is needed to make kernel threads stay in kernel mode.
307  */
308 void
309 cpu_fork_kthread_handler(struct thread *td, void (*func)(void *), void *arg)
310 {
311         /*
312          * Note that the trap frame follows the args, so the function
313          * is really called like this:  func(arg, frame);
314          */
315         td->td_pcb->pcb_esi = (int) func;       /* function */
316         td->td_pcb->pcb_ebx = (int) arg;        /* first arg */
317 }
318
319 void
320 cpu_exit(struct thread *td)
321 {
322
323         /*
324          * If this process has a custom LDT, release it.  Reset pc->pcb_gs
325          * and %gs before we free it in case they refer to an LDT entry.
326          */
327         mtx_lock_spin(&dt_lock);
328         if (td->td_proc->p_md.md_ldt) {
329                 td->td_pcb->pcb_gs = _udatasel;
330                 load_gs(_udatasel);
331                 user_ldt_free(td);
332         } else
333                 mtx_unlock_spin(&dt_lock);
334 }
335
336 void
337 cpu_thread_exit(struct thread *td)
338 {
339
340         critical_enter();
341         if (td == PCPU_GET(fpcurthread))
342                 npxdrop();
343         critical_exit();
344
345         /* Disable any hardware breakpoints. */
346         if (td->td_pcb->pcb_flags & PCB_DBREGS) {
347                 reset_dbregs();
348                 td->td_pcb->pcb_flags &= ~PCB_DBREGS;
349         }
350 }
351
352 void
353 cpu_thread_clean(struct thread *td)
354 {
355         struct pcb *pcb;
356
357         pcb = td->td_pcb; 
358         if (pcb->pcb_ext != NULL) {
359                 /* if (pcb->pcb_ext->ext_refcount-- == 1) ?? */
360                 /*
361                  * XXX do we need to move the TSS off the allocated pages
362                  * before freeing them?  (not done here)
363                  */
364                 pmap_trm_free(pcb->pcb_ext, ctob(IOPAGES + 1));
365                 pcb->pcb_ext = NULL;
366         }
367 }
368
369 void
370 cpu_thread_swapin(struct thread *td)
371 {
372 }
373
374 void
375 cpu_thread_swapout(struct thread *td)
376 {
377 }
378
379 void
380 cpu_thread_alloc(struct thread *td)
381 {
382         struct pcb *pcb;
383         struct xstate_hdr *xhdr;
384
385         td->td_pcb = pcb = get_pcb_td(td);
386         td->td_frame = (struct trapframe *)((caddr_t)pcb -
387             VM86_STACK_SPACE) - 1;
388         pcb->pcb_ext = NULL; 
389         pcb->pcb_save = get_pcb_user_save_pcb(pcb);
390         if (use_xsave) {
391                 xhdr = (struct xstate_hdr *)(pcb->pcb_save + 1);
392                 bzero(xhdr, sizeof(*xhdr));
393                 xhdr->xstate_bv = xsave_mask;
394         }
395 }
396
397 void
398 cpu_thread_free(struct thread *td)
399 {
400
401         cpu_thread_clean(td);
402 }
403
404 bool
405 cpu_exec_vmspace_reuse(struct proc *p __unused, vm_map_t map __unused)
406 {
407
408         return (true);
409 }
410
411 int
412 cpu_procctl(struct thread *td __unused, int idtype __unused, id_t id __unused,
413     int com __unused, void *data __unused)
414 {
415
416         return (EINVAL);
417 }
418
419 void
420 cpu_set_syscall_retval(struct thread *td, int error)
421 {
422
423         switch (error) {
424         case 0:
425                 td->td_frame->tf_eax = td->td_retval[0];
426                 td->td_frame->tf_edx = td->td_retval[1];
427                 td->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_C;
428                 break;
429
430         case ERESTART:
431                 /*
432                  * Reconstruct pc, assuming lcall $X,y is 7 bytes, int
433                  * 0x80 is 2 bytes. We saved this in tf_err.
434                  */
435                 td->td_frame->tf_eip -= td->td_frame->tf_err;
436                 break;
437
438         case EJUSTRETURN:
439                 break;
440
441         default:
442                 td->td_frame->tf_eax = error;
443                 td->td_frame->tf_eflags |= PSL_C;
444                 break;
445         }
446 }
447
448 /*
449  * Initialize machine state, mostly pcb and trap frame for a new
450  * thread, about to return to userspace.  Put enough state in the new
451  * thread's PCB to get it to go back to the fork_return(), which
452  * finalizes the thread state and handles peculiarities of the first
453  * return to userspace for the new thread.
454  */
455 void
456 cpu_copy_thread(struct thread *td, struct thread *td0)
457 {
458         copy_thread(td0, td);
459
460         /*
461          * Copy user general-purpose registers.
462          *
463          * Some of these registers are rewritten by cpu_set_upcall()
464          * and linux_set_upcall().
465          */
466         bcopy(td0->td_frame, td->td_frame, sizeof(struct trapframe));
467
468         /* If the current thread has the trap bit set (i.e. a debugger had
469          * single stepped the process to the system call), we need to clear
470          * the trap flag from the new frame. Otherwise, the new thread will
471          * receive a (likely unexpected) SIGTRAP when it executes the first
472          * instruction after returning to userland.
473          */
474         td->td_frame->tf_eflags &= ~PSL_T;
475 }
476
477 /*
478  * Set that machine state for performing an upcall that starts
479  * the entry function with the given argument.
480  */
481 void
482 cpu_set_upcall(struct thread *td, void (*entry)(void *), void *arg,
483     stack_t *stack)
484 {
485
486         /* 
487          * Do any extra cleaning that needs to be done.
488          * The thread may have optional components
489          * that are not present in a fresh thread.
490          * This may be a recycled thread so make it look
491          * as though it's newly allocated.
492          */
493         cpu_thread_clean(td);
494
495         /*
496          * Set the trap frame to point at the beginning of the entry
497          * function.
498          */
499         td->td_frame->tf_ebp = 0; 
500         td->td_frame->tf_esp =
501             (((int)stack->ss_sp + stack->ss_size - 4) & ~0x0f) - 4;
502         td->td_frame->tf_eip = (int)entry;
503
504         /* Return address sentinel value to stop stack unwinding. */
505         suword((void *)td->td_frame->tf_esp, 0);
506
507         /* Pass the argument to the entry point. */
508         suword((void *)(td->td_frame->tf_esp + sizeof(void *)),
509             (int)arg);
510 }
511
512 int
513 cpu_set_user_tls(struct thread *td, void *tls_base)
514 {
515         struct segment_descriptor sd;
516         uint32_t base;
517
518         /*
519          * Construct a descriptor and store it in the pcb for
520          * the next context switch.  Also store it in the gdt
521          * so that the load of tf_fs into %fs will activate it
522          * at return to userland.
523          */
524         base = (uint32_t)tls_base;
525         sd.sd_lobase = base & 0xffffff;
526         sd.sd_hibase = (base >> 24) & 0xff;
527         sd.sd_lolimit = 0xffff; /* 4GB limit, wraps around */
528         sd.sd_hilimit = 0xf;
529         sd.sd_type  = SDT_MEMRWA;
530         sd.sd_dpl   = SEL_UPL;
531         sd.sd_p     = 1;
532         sd.sd_xx    = 0;
533         sd.sd_def32 = 1;
534         sd.sd_gran  = 1;
535         critical_enter();
536         /* set %gs */
537         td->td_pcb->pcb_gsd = sd;
538         if (td == curthread) {
539                 PCPU_GET(fsgs_gdt)[1] = sd;
540                 load_gs(GSEL(GUGS_SEL, SEL_UPL));
541         }
542         critical_exit();
543         return (0);
544 }
545
546 /*
547  * Convert kernel VA to physical address
548  */
549 vm_paddr_t
550 kvtop(void *addr)
551 {
552         vm_paddr_t pa;
553
554         pa = pmap_kextract((vm_offset_t)addr);
555         if (pa == 0)
556                 panic("kvtop: zero page frame");
557         return (pa);
558 }
559
560 /*
561  * Get an sf_buf from the freelist.  May block if none are available.
562  */
563 void
564 sf_buf_map(struct sf_buf *sf, int flags)
565 {
566
567         pmap_sf_buf_map(sf);
568 #ifdef SMP
569         sf_buf_shootdown(sf, flags);
570 #endif
571 }
572
573 #ifdef SMP
574 static void
575 sf_buf_shootdown_curcpu_cb(pmap_t pmap __unused,
576     vm_offset_t addr1 __unused, vm_offset_t addr2 __unused)
577 {
578 }
579
580 void
581 sf_buf_shootdown(struct sf_buf *sf, int flags)
582 {
583         cpuset_t other_cpus;
584         u_int cpuid;
585
586         sched_pin();
587         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
588         if (!CPU_ISSET(cpuid, &sf->cpumask)) {
589                 CPU_SET(cpuid, &sf->cpumask);
590                 invlpg(sf->kva);
591         }
592         if ((flags & SFB_CPUPRIVATE) == 0) {
593                 other_cpus = all_cpus;
594                 CPU_CLR(cpuid, &other_cpus);
595                 CPU_ANDNOT(&other_cpus, &sf->cpumask);
596                 if (!CPU_EMPTY(&other_cpus)) {
597                         CPU_OR(&sf->cpumask, &other_cpus);
598                         smp_masked_invlpg(other_cpus, sf->kva, kernel_pmap,
599                             sf_buf_shootdown_curcpu_cb);
600                 }
601         }
602         sched_unpin();
603 }
604 #endif
605
606 /*
607  * MD part of sf_buf_free().
608  */
609 int
610 sf_buf_unmap(struct sf_buf *sf)
611 {
612
613         return (0);
614 }
615
616 static void
617 sf_buf_invalidate(struct sf_buf *sf)
618 {
619         vm_page_t m = sf->m;
620
621         /*
622          * Use pmap_qenter to update the pte for
623          * existing mapping, in particular, the PAT
624          * settings are recalculated.
625          */
626         pmap_qenter(sf->kva, &m, 1);
627         pmap_invalidate_cache_range(sf->kva, sf->kva + PAGE_SIZE);
628 }
629
630 /*
631  * Invalidate the cache lines that may belong to the page, if
632  * (possibly old) mapping of the page by sf buffer exists.  Returns
633  * TRUE when mapping was found and cache invalidated.
634  */
635 boolean_t
636 sf_buf_invalidate_cache(vm_page_t m)
637 {
638
639         return (sf_buf_process_page(m, sf_buf_invalidate));
640 }
641
642 /*
643  * Software interrupt handler for queued VM system processing.
644  */   
645 void  
646 swi_vm(void *dummy) 
647 {     
648         if (busdma_swi_pending != 0)
649                 busdma_swi();
650 }
651
652 /*
653  * Tell whether this address is in some physical memory region.
654  * Currently used by the kernel coredump code in order to avoid
655  * dumping the ``ISA memory hole'' which could cause indefinite hangs,
656  * or other unpredictable behaviour.
657  */
658
659 int
660 is_physical_memory(vm_paddr_t addr)
661 {
662
663 #ifdef DEV_ISA
664         /* The ISA ``memory hole''. */
665         if (addr >= 0xa0000 && addr < 0x100000)
666                 return 0;
667 #endif
668
669         /*
670          * stuff other tests for known memory-mapped devices (PCI?)
671          * here
672          */
673
674         return 1;
675 }