sys/powerpc/pseries/mmu_phyp.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (C) 2010 Andreas Tobler
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  17  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  18  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  19  * IN NO EVENT SHALL TOOLS GMBH BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  20  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  21  * PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS;
  22  * OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY,
  23  * WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR
  24  * OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF
  25  * ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  26  */
  27
  28 #include <sys/cdefs.h>
  29 __FBSDID("$FreeBSD$");
  30
  31 #include <sys/param.h>
  32 #include <sys/kernel.h>
  33 #include <sys/ktr.h>
  34 #include <sys/lock.h>
  35 #include <sys/rmlock.h>
  36 #include <sys/mutex.h>
  37 #include <sys/proc.h>
  38 #include <sys/sysctl.h>
  39 #include <sys/systm.h>
  40 #include <sys/vmmeter.h>
  41
  42 #include <dev/ofw/openfirm.h>
  43 #include <machine/ofw_machdep.h>
  44
  45 #include <vm/vm.h>
  46 #include <vm/vm_param.h>
  47 #include <vm/vm_kern.h>
  48 #include <vm/vm_page.h>
  49 #include <vm/vm_map.h>
  50 #include <vm/vm_object.h>
  51 #include <vm/vm_extern.h>
  52 #include <vm/vm_pageout.h>
  53 #include <vm/uma.h>
  54
  55 #include <powerpc/aim/mmu_oea64.h>
  56
  57 #include "phyp-hvcall.h"
  58
  59 #define MMU_PHYP_DEBUG 0
  60 #define MMU_PHYP_ID "mmu_phyp: "
  61 #if MMU_PHYP_DEBUG
  62 #define dprintf(fmt, ...) printf(fmt, ## __VA_ARGS__)
  63 #define dprintf0(fmt, ...) dprintf(MMU_PHYP_ID fmt, ## __VA_ARGS__)
  64 #else
  65 #define dprintf(fmt, args...) do { ; } while(0)
  66 #define dprintf0(fmt, args...) do { ; } while(0)
  67 #endif
  68
  69 static struct rmlock mphyp_eviction_lock;
  70
  71 /*
  72  * Kernel MMU interface
  73  */
  74
  75 static void     mphyp_install(void);
  76 static void     mphyp_bootstrap(vm_offset_t kernelstart,
  77                     vm_offset_t kernelend);
  78 static void     mphyp_cpu_bootstrap(int ap);
  79 static void     *mphyp_dump_pmap(void *ctx, void *buf,
  80                     u_long *nbytes);
  81 static int64_t  mphyp_pte_synch(struct pvo_entry *pvo);
  82 static int64_t  mphyp_pte_clear(struct pvo_entry *pvo, uint64_t ptebit);
  83 static int64_t  mphyp_pte_unset(struct pvo_entry *pvo);
  84 static int64_t  mphyp_pte_insert(struct pvo_entry *pvo);
  85
  86 static struct pmap_funcs mphyp_methods = {
  87         .install =           mphyp_install,
  88         .bootstrap =         mphyp_bootstrap,
  89         .cpu_bootstrap =     mphyp_cpu_bootstrap,
  90         .dumpsys_dump_pmap = mphyp_dump_pmap,
  91 };
  92
  93 static struct moea64_funcs mmu_phyp_funcs = {
  94         .pte_synch =      mphyp_pte_synch,
  95         .pte_clear =      mphyp_pte_clear,
  96         .pte_unset =      mphyp_pte_unset,
  97         .pte_insert =     mphyp_pte_insert,
  98 };
  99
 100 MMU_DEF_INHERIT(pseries_mmu, "mmu_phyp", mphyp_methods, oea64_mmu);
 101
 102 static int brokenkvm = 0;
 103
 104 static void
 105 print_kvm_bug_warning(void *data)
 106 {
 107
 108         if (brokenkvm)
 109                 printf("WARNING: Running on a broken hypervisor that does "
 110                     "not support mandatory H_CLEAR_MOD and H_CLEAR_REF "
 111                     "hypercalls. Performance will be suboptimal.\n");
 112 }
 113
 114 SYSINIT(kvmbugwarn1, SI_SUB_COPYRIGHT, SI_ORDER_THIRD + 1,
 115     print_kvm_bug_warning, NULL);
 116 SYSINIT(kvmbugwarn2, SI_SUB_LAST, SI_ORDER_THIRD + 1, print_kvm_bug_warning,
 117     NULL);
 118
 119 static void
 120 mphyp_install()
 121 {
 122
 123         moea64_ops = &mmu_phyp_funcs;
 124 }
 125
 126 static void
 127 mphyp_bootstrap(vm_offset_t kernelstart, vm_offset_t kernelend)
 128 {
 129         uint64_t final_pteg_count = 0;
 130         char buf[8];
 131         uint32_t prop[2];
 132         uint32_t nptlp, shift = 0, slb_encoding = 0;
 133         uint32_t lp_size, lp_encoding;
 134         struct lpte old;
 135         uint64_t vsid;
 136         phandle_t dev, node, root;
 137         int idx, len, res;
 138
 139         rm_init(&mphyp_eviction_lock, "pte eviction");
 140
 141         moea64_early_bootstrap(kernelstart, kernelend);
 142
 143         root = OF_peer(0);
 144
 145         dev = OF_child(root);
 146         while (dev != 0) {
 147                 res = OF_getprop(dev, "name", buf, sizeof(buf));
 148                 if (res > 0 && strcmp(buf, "cpus") == 0)
 149                         break;
 150                 dev = OF_peer(dev);
 151         }
 152
 153         node = OF_child(dev);
 154
 155         while (node != 0) {
 156                 res = OF_getprop(node, "device_type", buf, sizeof(buf));
 157                 if (res > 0 && strcmp(buf, "cpu") == 0)
 158                         break;
 159                 node = OF_peer(node);
 160         }
 161
 162         res = OF_getencprop(node, "ibm,pft-size", prop, sizeof(prop));
 163         if (res <= 0)
 164                 panic("mmu_phyp: unknown PFT size");
 165         final_pteg_count = 1 << prop[1];
 166         res = OF_getencprop(node, "ibm,slb-size", prop, sizeof(prop[0]));
 167         if (res > 0)
 168                 n_slbs = prop[0];
 169         dprintf0("slb-size=%i\n", n_slbs);
 170
 171         moea64_pteg_count = final_pteg_count / sizeof(struct lpteg);
 172
 173         /* Clear any old page table entries */
 174         for (idx = 0; idx < moea64_pteg_count*8; idx++) {
 175                 phyp_pft_hcall(H_READ, 0, idx, 0, 0, &old.pte_hi,
 176                     &old.pte_lo, &old.pte_lo);
 177                 vsid = (old.pte_hi << (ADDR_API_SHFT64 - ADDR_PIDX_SHFT)) >> 28;
 178                 if (vsid == VSID_VRMA || vsid == 0 /* Older VRMA */)
 179                         continue;
 180
 181                 if (old.pte_hi & LPTE_VALID)
 182                         phyp_hcall(H_REMOVE, 0, idx, 0);
 183         }
 184
 185         /*
 186          * Scan the large page size property for PAPR compatible machines.
 187          * See PAPR D.5 Changes to Section 5.1.4, 'CPU Node Properties'
 188          * for the encoding of the property.
 189          */
 190
 191         len = OF_getproplen(node, "ibm,segment-page-sizes");
 192         if (len > 0) {
 193                 /*
 194                  * We have to use a variable length array on the stack
 195                  * since we have very limited stack space.
 196                  */
 197                 pcell_t arr[len/sizeof(cell_t)];
 198                 res = OF_getencprop(node, "ibm,segment-page-sizes", arr,
 199                     sizeof(arr));
 200                 len /= 4;
 201                 idx = 0;
 202                 while (len > 0) {
 203                         shift = arr[idx];
 204                         slb_encoding = arr[idx + 1];
 205                         nptlp = arr[idx + 2];
 206
 207                         dprintf0("Segment Page Size: "
 208                             "%uKB, slb_enc=0x%X: {size, encoding}[%u] =",
 209                             shift > 10? 1 << (shift-10) : 0,
 210                             slb_encoding, nptlp);
 211
 212                         idx += 3;
 213                         len -= 3;
 214                         while (len > 0 && nptlp) {
 215                                 lp_size = arr[idx];
 216                                 lp_encoding = arr[idx+1];
 217
 218                                 dprintf(" {%uKB, 0x%X}",
 219                                     lp_size > 10? 1 << (lp_size-10) : 0,
 220                                     lp_encoding);
 221
 222                                 if (slb_encoding == SLBV_L && lp_encoding == 0)
 223                                         break;
 224
 225                                 idx += 2;
 226                                 len -= 2;
 227                                 nptlp--;
 228                         }
 229                         dprintf("\n");
 230                         if (nptlp && slb_encoding == SLBV_L && lp_encoding == 0)
 231                                 break;
 232                 }
 233
 234                 if (len > 0) {
 235                         moea64_large_page_shift = shift;
 236                         moea64_large_page_size = 1ULL << lp_size;
 237                         moea64_large_page_mask = moea64_large_page_size - 1;
 238                         hw_direct_map = 1;
 239                         printf(MMU_PHYP_ID
 240                             "Support for hugepages of %uKB detected\n",
 241                             moea64_large_page_shift > 10?
 242                                 1 << (moea64_large_page_shift-10) : 0);
 243                 } else {
 244                         moea64_large_page_size = 0;
 245                         moea64_large_page_shift = 0;
 246                         moea64_large_page_mask = 0;
 247                         hw_direct_map = 0;
 248                         printf(MMU_PHYP_ID
 249                             "Support for hugepages not found\n");
 250                 }
 251         }
 252
 253         moea64_mid_bootstrap(kernelstart, kernelend);
 254         moea64_late_bootstrap(kernelstart, kernelend);
 255
 256         /* Test for broken versions of KVM that don't conform to the spec */
 257         if (phyp_hcall(H_CLEAR_MOD, 0, 0) == H_FUNCTION)
 258                 brokenkvm = 1;
 259 }
 260
 261 static void
 262 mphyp_cpu_bootstrap(int ap)
 263 {
 264         struct slb *slb = PCPU_GET(aim.slb);
 265         register_t seg0;
 266         int i;
 267
 268         /*
 269          * Install kernel SLB entries
 270          */
 271
 272         __asm __volatile ("slbia");
 273         __asm __volatile ("slbmfee %0,%1; slbie %0;" : "=r"(seg0) : "r"(0));
 274         for (i = 0; i < 64; i++) {
 275                 if (!(slb[i].slbe & SLBE_VALID))
 276                         continue;
 277
 278                 __asm __volatile ("slbmte %0, %1" ::
 279                     "r"(slb[i].slbv), "r"(slb[i].slbe));
 280         }
 281 }
 282
 283 static int64_t
 284 mphyp_pte_synch(struct pvo_entry *pvo)
 285 {
 286         struct lpte pte;
 287         uint64_t junk;
 288
 289         __asm __volatile("ptesync");
 290         phyp_pft_hcall(H_READ, 0, pvo->pvo_pte.slot, 0, 0, &pte.pte_hi,
 291             &pte.pte_lo, &junk);
 292         if ((pte.pte_hi & LPTE_AVPN_MASK) !=
 293             ((pvo->pvo_vpn >> (ADDR_API_SHFT64 - ADDR_PIDX_SHFT)) &
 294             LPTE_AVPN_MASK))
 295                 return (-1);
 296         if (!(pte.pte_hi & LPTE_VALID))
 297                 return (-1);
 298
 299         return (pte.pte_lo & (LPTE_CHG | LPTE_REF));
 300 }
 301
 302 static int64_t
 303 mphyp_pte_clear(struct pvo_entry *pvo, uint64_t ptebit)
 304 {
 305         struct rm_priotracker track;
 306         int64_t refchg;
 307         uint64_t ptelo, junk;
 308         int err;
 309
 310         /*
 311          * This involves two steps (synch and clear) so we need the entry
 312          * not to change in the middle. We are protected against deliberate
 313          * unset by virtue of holding the pmap lock. Protection against
 314          * incidental unset (page table eviction) comes from holding the
 315          * shared eviction lock.
 316          */
 317         PMAP_LOCK_ASSERT(pvo->pvo_pmap, MA_OWNED);
 318         rm_rlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 319
 320         refchg = mphyp_pte_synch(pvo);
 321         if (refchg < 0) {
 322                 rm_runlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 323                 return (refchg);
 324         }
 325
 326         if (brokenkvm) {
 327                 /*
 328                  * No way to clear either bit, which is total madness.
 329                  * Pessimistically claim that, once modified, it stays so
 330                  * forever and that it is never referenced.
 331                  */
 332                 rm_runlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 333                 return (refchg & ~LPTE_REF);
 334         }
 335
 336         if (ptebit & LPTE_CHG) {
 337                 err = phyp_pft_hcall(H_CLEAR_MOD, 0, pvo->pvo_pte.slot, 0, 0,
 338                     &ptelo, &junk, &junk);
 339                 KASSERT(err == H_SUCCESS,
 340                     ("Error clearing page change bit: %d", err));
 341                 refchg |= (ptelo & LPTE_CHG);
 342         }
 343         if (ptebit & LPTE_REF) {
 344                 err = phyp_pft_hcall(H_CLEAR_REF, 0, pvo->pvo_pte.slot, 0, 0,
 345                     &ptelo, &junk, &junk);
 346                 KASSERT(err == H_SUCCESS,
 347                     ("Error clearing page reference bit: %d", err));
 348                 refchg |= (ptelo & LPTE_REF);
 349         }
 350
 351         rm_runlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 352
 353         return (refchg);
 354 }
 355
 356 static int64_t
 357 mphyp_pte_unset(struct pvo_entry *pvo)
 358 {
 359         struct lpte pte;
 360         uint64_t junk;
 361         int err;
 362
 363         PMAP_LOCK_ASSERT(pvo->pvo_pmap, MA_OWNED);
 364
 365         moea64_pte_from_pvo(pvo, &pte);
 366
 367         err = phyp_pft_hcall(H_REMOVE, H_AVPN, pvo->pvo_pte.slot,
 368             pte.pte_hi & LPTE_AVPN_MASK, 0, &pte.pte_hi, &pte.pte_lo,
 369             &junk);
 370         KASSERT(err == H_SUCCESS || err == H_NOT_FOUND,
 371             ("Error removing page: %d", err));
 372
 373         if (err == H_NOT_FOUND) {
 374                 STAT_MOEA64(moea64_pte_overflow--);
 375                 return (-1);
 376         }
 377
 378         return (pte.pte_lo & (LPTE_REF | LPTE_CHG));
 379 }
 380
 381 static uintptr_t
 382 mphyp_pte_spillable_ident(uintptr_t ptegbase, struct lpte *to_evict)
 383 {
 384         uint64_t slot, junk, k;
 385         struct lpte pt;
 386         int     i, j;
 387
 388         /* Start at a random slot */
 389         i = mftb() % 8;
 390         k = -1;
 391         for (j = 0; j < 8; j++) {
 392                 slot = ptegbase + (i + j) % 8;
 393                 phyp_pft_hcall(H_READ, 0, slot, 0, 0, &pt.pte_hi,
 394                     &pt.pte_lo, &junk);
 395
 396                 if (pt.pte_hi & LPTE_WIRED)
 397                         continue;
 398
 399                 /* This is a candidate, so remember it */
 400                 k = slot;
 401
 402                 /* Try to get a page that has not been used lately */
 403                 if (!(pt.pte_hi & LPTE_VALID) || !(pt.pte_lo & LPTE_REF)) {
 404                         memcpy(to_evict, &pt, sizeof(struct lpte));
 405                         return (k);
 406                 }
 407         }
 408
 409         if (k == -1)
 410                 return (k);
 411
 412         phyp_pft_hcall(H_READ, 0, k, 0, 0, &to_evict->pte_hi,
 413             &to_evict->pte_lo, &junk);
 414         return (k);
 415 }
 416
 417 static int64_t
 418 mphyp_pte_insert(struct pvo_entry *pvo)
 419 {
 420         struct rm_priotracker track;
 421         int64_t result;
 422         struct lpte evicted, pte;
 423         uint64_t index, junk, lastptelo;
 424
 425         PMAP_LOCK_ASSERT(pvo->pvo_pmap, MA_OWNED);
 426
 427         /* Initialize PTE */
 428         moea64_pte_from_pvo(pvo, &pte);
 429         evicted.pte_hi = 0;
 430
 431         /* Make sure further insertion is locked out during evictions */
 432         rm_rlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 433
 434         /*
 435          * First try primary hash.
 436          */
 437         pvo->pvo_pte.slot &= ~7UL; /* Base slot address */
 438         result = phyp_pft_hcall(H_ENTER, 0, pvo->pvo_pte.slot, pte.pte_hi,
 439             pte.pte_lo, &index, &evicted.pte_lo, &junk);
 440         if (result == H_SUCCESS) {
 441                 rm_runlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 442                 pvo->pvo_pte.slot = index;
 443                 return (0);
 444         }
 445         KASSERT(result == H_PTEG_FULL, ("Page insertion error: %ld "
 446             "(ptegidx: %#zx/%#lx, PTE %#lx/%#lx", result, pvo->pvo_pte.slot,
 447             moea64_pteg_count, pte.pte_hi, pte.pte_lo));
 448
 449         /*
 450          * Next try secondary hash.
 451          */
 452         pvo->pvo_vaddr ^= PVO_HID;
 453         pte.pte_hi ^= LPTE_HID;
 454         pvo->pvo_pte.slot ^= (moea64_pteg_mask << 3);
 455
 456         result = phyp_pft_hcall(H_ENTER, 0, pvo->pvo_pte.slot,
 457             pte.pte_hi, pte.pte_lo, &index, &evicted.pte_lo, &junk);
 458         if (result == H_SUCCESS) {
 459                 rm_runlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 460                 pvo->pvo_pte.slot = index;
 461                 return (0);
 462         }
 463         KASSERT(result == H_PTEG_FULL, ("Secondary page insertion error: %ld",
 464             result));
 465
 466         /*
 467          * Out of luck. Find a PTE to sacrifice.
 468          */
 469
 470         /* Lock out all insertions for a bit */
 471         rm_runlock(&mphyp_eviction_lock, &track);
 472         rm_wlock(&mphyp_eviction_lock);
 473
 474         index = mphyp_pte_spillable_ident(pvo->pvo_pte.slot, &evicted);
 475         if (index == -1L) {
 476                 /* Try other hash table? */
 477                 pvo->pvo_vaddr ^= PVO_HID;
 478                 pte.pte_hi ^= LPTE_HID;
 479                 pvo->pvo_pte.slot ^= (moea64_pteg_mask << 3);
 480                 index = mphyp_pte_spillable_ident(pvo->pvo_pte.slot, &evicted);
 481         }
 482
 483         if (index == -1L) {
 484                 /* No freeable slots in either PTEG? We're hosed. */
 485                 rm_wunlock(&mphyp_eviction_lock);
 486                 panic("mphyp_pte_insert: overflow");
 487                 return (-1);
 488         }
 489
 490         /* Victim acquired: update page before waving goodbye */
 491         if (evicted.pte_hi & LPTE_VALID) {
 492                 result = phyp_pft_hcall(H_REMOVE, H_AVPN, index,
 493                     evicted.pte_hi & LPTE_AVPN_MASK, 0, &junk, &lastptelo,
 494                     &junk);
 495                 STAT_MOEA64(moea64_pte_overflow++);
 496                 KASSERT(result == H_SUCCESS || result == H_NOT_FOUND,
 497                     ("Error evicting page: %d", (int)result));
 498         }
 499
 500         /*
 501          * Set the new PTE.
 502          */
 503         result = phyp_pft_hcall(H_ENTER, H_EXACT, index, pte.pte_hi,
 504             pte.pte_lo, &index, &evicted.pte_lo, &junk);
 505         rm_wunlock(&mphyp_eviction_lock); /* All clear */
 506
 507         pvo->pvo_pte.slot = index;
 508         if (result == H_SUCCESS)
 509                 return (0);
 510
 511         panic("Page replacement error: %ld", result);
 512         return (result);
 513 }
 514
 515 static void *
 516 mphyp_dump_pmap(void *ctx, void *buf, u_long *nbytes)
 517 {
 518         struct dump_context *dctx;
 519         struct lpte p, *pbuf;
 520         int bufidx;
 521         uint64_t junk;
 522         u_long ptex, ptex_end;
 523
 524         dctx = (struct dump_context *)ctx;
 525         pbuf = (struct lpte *)buf;
 526         bufidx = 0;
 527         ptex = dctx->ptex;
 528         ptex_end = ptex + dctx->blksz / sizeof(struct lpte);
 529         ptex_end = MIN(ptex_end, dctx->ptex_end);
 530         *nbytes = (ptex_end - ptex) * sizeof(struct lpte);
 531
 532         if (*nbytes == 0)
 533                 return (NULL);
 534
 535         for (; ptex < ptex_end; ptex++) {
 536                 phyp_pft_hcall(H_READ, 0, ptex, 0, 0,
 537                         &p.pte_hi, &p.pte_lo, &junk);
 538                 pbuf[bufidx++] = p;
 539         }
 540
 541         dctx->ptex = ptex;
 542         return (buf);
 543 }