sys/amd64/amd64/cpu_switch.S

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2003 Peter Wemm.
   3  * Copyright (c) 1990 The Regents of the University of California.
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   7  * William Jolitz.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  14  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  15  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  16  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  17  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  18  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  19  *    without specific prior written permission.
  20  *
  21  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  22  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  23  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  24  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  25  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  26  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  27  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  28  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  29  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  30  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  31  * SUCH DAMAGE.
  32  *
  33  * $FreeBSD$
  34  */
  35
  36 #include <machine/asmacros.h>
  37 #include <machine/specialreg.h>
  38
  39 #include "assym.s"
  40 #include "opt_sched.h"
  41
  42 /*****************************************************************************/
  43 /* Scheduling                                                                */
  44 /*****************************************************************************/
  45
  46         .text
  47
  48 #ifdef SMP
  49 #define LK      lock ;
  50 #else
  51 #define LK
  52 #endif
  53
  54 #if defined(SCHED_ULE) && defined(SMP)
  55 #define SETLK   xchgq
  56 #else
  57 #define SETLK   movq
  58 #endif
  59
  60 /*
  61  * cpu_throw()
  62  *
  63  * This is the second half of cpu_switch(). It is used when the current
  64  * thread is either a dummy or slated to die, and we no longer care
  65  * about its state.  This is only a slight optimization and is probably
  66  * not worth it anymore.  Note that we need to clear the pm_active bits so
  67  * we do need the old proc if it still exists.
  68  * %rdi = oldtd
  69  * %rsi = newtd
  70  */
  71 ENTRY(cpu_throw)
  72         movl    PCPU(CPUID),%eax
  73         testq   %rdi,%rdi
  74         jz      1f
  75         /* release bit from old pm_active */
  76         movq    PCPU(CURPMAP),%rdx
  77         LK btrl %eax,PM_ACTIVE(%rdx)            /* clear old */
  78 1:
  79         movq    TD_PCB(%rsi),%r8                /* newtd->td_pcb */
  80         movq    PCB_CR3(%r8),%rcx               /* new address space */
  81         jmp     swact
  82 END(cpu_throw)
  83
  84 /*
  85  * cpu_switch(old, new, mtx)
  86  *
  87  * Save the current thread state, then select the next thread to run
  88  * and load its state.
  89  * %rdi = oldtd
  90  * %rsi = newtd
  91  * %rdx = mtx
  92  */
  93 ENTRY(cpu_switch)
  94         /* Switch to new thread.  First, save context. */
  95         movq    TD_PCB(%rdi),%r8
  96         orl     $PCB_FULL_IRET,PCB_FLAGS(%r8)
  97
  98         movq    (%rsp),%rax                     /* Hardware registers */
  99         movq    %r15,PCB_R15(%r8)
 100         movq    %r14,PCB_R14(%r8)
 101         movq    %r13,PCB_R13(%r8)
 102         movq    %r12,PCB_R12(%r8)
 103         movq    %rbp,PCB_RBP(%r8)
 104         movq    %rsp,PCB_RSP(%r8)
 105         movq    %rbx,PCB_RBX(%r8)
 106         movq    %rax,PCB_RIP(%r8)
 107
 108         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 109         jnz     store_dr                        /* static predict not taken */
 110 done_store_dr:
 111
 112         /* have we used fp, and need a save? */
 113         cmpq    %rdi,PCPU(FPCURTHREAD)
 114         jne     3f
 115         movq    PCB_SAVEFPU(%r8),%r8
 116         clts
 117         cmpl    $0,use_xsave
 118         jne     1f
 119         fxsave  (%r8)
 120         jmp     2f
 121 1:      movq    %rdx,%rcx
 122         movl    xsave_mask,%eax
 123         movl    xsave_mask+4,%edx
 124         .globl  ctx_switch_xsave
 125 ctx_switch_xsave:
 126         /* This is patched to xsaveopt if supported, see fpuinit_bsp1() */
 127         xsave   (%r8)
 128         movq    %rcx,%rdx
 129 2:      smsw    %ax
 130         orb     $CR0_TS,%al
 131         lmsw    %ax
 132         xorl    %eax,%eax
 133         movq    %rax,PCPU(FPCURTHREAD)
 134 3:
 135
 136         /* Save is done.  Now fire up new thread. Leave old vmspace. */
 137         movq    TD_PCB(%rsi),%r8
 138
 139         /* switch address space */
 140         movq    PCB_CR3(%r8),%rcx
 141         movq    %cr3,%rax
 142         cmpq    %rcx,%rax                       /* Same address space? */
 143         jne     swinact
 144         SETLK   %rdx, TD_LOCK(%rdi)             /* Release the old thread */
 145         jmp     sw1
 146 swinact:
 147         movl    PCPU(CPUID),%eax
 148         /* Release bit from old pmap->pm_active */
 149         movq    PCPU(CURPMAP),%r12
 150         LK btrl %eax,PM_ACTIVE(%r12)            /* clear old */
 151         SETLK   %rdx,TD_LOCK(%rdi)              /* Release the old thread */
 152 swact:
 153         /* Set bit in new pmap->pm_active */
 154         movq    TD_PROC(%rsi),%rdx              /* newproc */
 155         movq    P_VMSPACE(%rdx), %rdx
 156         addq    $VM_PMAP,%rdx
 157         cmpl    $-1,PM_PCID(%rdx)
 158         je      1f
 159         LK btsl %eax,PM_SAVE(%rdx)
 160         jnc     1f
 161         btsq    $63,%rcx                        /* CR3_PCID_SAVE */
 162         incq    PCPU(PM_SAVE_CNT)
 163 1:
 164         movq    %rcx,%cr3                       /* new address space */
 165         LK btsl %eax,PM_ACTIVE(%rdx)            /* set new */
 166         movq    %rdx,PCPU(CURPMAP)
 167
 168         /*
 169          * We might lose the race and other CPU might have changed
 170          * the pmap after we set our bit in pmap->pm_save.  Recheck.
 171          * Reload %cr3 with CR3_PCID_SAVE bit cleared if pmap was
 172          * modified, causing TLB flush for this pcid.
 173          */
 174         btrq    $63,%rcx
 175         jnc     1f
 176         LK btsl %eax,PM_SAVE(%rdx)
 177         jc      1f
 178         decq    PCPU(PM_SAVE_CNT)
 179         movq    %rcx,%cr3
 180 1:
 181
 182 sw1:
 183 #if defined(SCHED_ULE) && defined(SMP)
 184         /* Wait for the new thread to become unblocked */
 185         movq    $blocked_lock, %rdx
 186 1:
 187         movq    TD_LOCK(%rsi),%rcx
 188         cmpq    %rcx, %rdx
 189         pause
 190         je      1b
 191 #endif
 192         /*
 193          * At this point, we've switched address spaces and are ready
 194          * to load up the rest of the next context.
 195          */
 196
 197         /* Skip loading user fsbase/gsbase for kthreads */
 198         testl   $TDP_KTHREAD,TD_PFLAGS(%rsi)
 199         jnz     do_kthread
 200
 201         /*
 202          * Load ldt register
 203          */
 204         movq    TD_PROC(%rsi),%rcx
 205         cmpq    $0, P_MD+MD_LDT(%rcx)
 206         jne     do_ldt
 207         xorl    %eax,%eax
 208 ld_ldt: lldt    %ax
 209
 210         /* Restore fs base in GDT */
 211         movl    PCB_FSBASE(%r8),%eax
 212         movq    PCPU(FS32P),%rdx
 213         movw    %ax,2(%rdx)
 214         shrl    $16,%eax
 215         movb    %al,4(%rdx)
 216         shrl    $8,%eax
 217         movb    %al,7(%rdx)
 218
 219         /* Restore gs base in GDT */
 220         movl    PCB_GSBASE(%r8),%eax
 221         movq    PCPU(GS32P),%rdx
 222         movw    %ax,2(%rdx)
 223         shrl    $16,%eax
 224         movb    %al,4(%rdx)
 225         shrl    $8,%eax
 226         movb    %al,7(%rdx)
 227
 228 do_kthread:
 229         /* Do we need to reload tss ? */
 230         movq    PCPU(TSSP),%rax
 231         movq    PCB_TSSP(%r8),%rdx
 232         testq   %rdx,%rdx
 233         cmovzq  PCPU(COMMONTSSP),%rdx
 234         cmpq    %rax,%rdx
 235         jne     do_tss
 236 done_tss:
 237         movq    %r8,PCPU(RSP0)
 238         movq    %r8,PCPU(CURPCB)
 239         /* Update the TSS_RSP0 pointer for the next interrupt */
 240         movq    %r8,COMMON_TSS_RSP0(%rdx)
 241         movq    %rsi,PCPU(CURTHREAD)            /* into next thread */
 242
 243         /* Test if debug registers should be restored. */
 244         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 245         jnz     load_dr                         /* static predict not taken */
 246 done_load_dr:
 247
 248         /* Restore context. */
 249         movq    PCB_R15(%r8),%r15
 250         movq    PCB_R14(%r8),%r14
 251         movq    PCB_R13(%r8),%r13
 252         movq    PCB_R12(%r8),%r12
 253         movq    PCB_RBP(%r8),%rbp
 254         movq    PCB_RSP(%r8),%rsp
 255         movq    PCB_RBX(%r8),%rbx
 256         movq    PCB_RIP(%r8),%rax
 257         movq    %rax,(%rsp)
 258         ret
 259
 260         /*
 261          * We order these strangely for several reasons.
 262          * 1: I wanted to use static branch prediction hints
 263          * 2: Most athlon64/opteron cpus don't have them.  They define
 264          *    a forward branch as 'predict not taken'.  Intel cores have
 265          *    the 'rep' prefix to invert this.
 266          * So, to make it work on both forms of cpu we do the detour.
 267          * We use jumps rather than call in order to avoid the stack.
 268          */
 269
 270 store_dr:
 271         movq    %dr7,%rax                       /* yes, do the save */
 272         movq    %dr0,%r15
 273         movq    %dr1,%r14
 274         movq    %dr2,%r13
 275         movq    %dr3,%r12
 276         movq    %dr6,%r11
 277         movq    %r15,PCB_DR0(%r8)
 278         movq    %r14,PCB_DR1(%r8)
 279         movq    %r13,PCB_DR2(%r8)
 280         movq    %r12,PCB_DR3(%r8)
 281         movq    %r11,PCB_DR6(%r8)
 282         movq    %rax,PCB_DR7(%r8)
 283         andq    $0x0000fc00, %rax               /* disable all watchpoints */
 284         movq    %rax,%dr7
 285         jmp     done_store_dr
 286
 287 load_dr:
 288         movq    %dr7,%rax
 289         movq    PCB_DR0(%r8),%r15
 290         movq    PCB_DR1(%r8),%r14
 291         movq    PCB_DR2(%r8),%r13
 292         movq    PCB_DR3(%r8),%r12
 293         movq    PCB_DR6(%r8),%r11
 294         movq    PCB_DR7(%r8),%rcx
 295         movq    %r15,%dr0
 296         movq    %r14,%dr1
 297         /* Preserve reserved bits in %dr7 */
 298         andq    $0x0000fc00,%rax
 299         andq    $~0x0000fc00,%rcx
 300         movq    %r13,%dr2
 301         movq    %r12,%dr3
 302         orq     %rcx,%rax
 303         movq    %r11,%dr6
 304         movq    %rax,%dr7
 305         jmp     done_load_dr
 306
 307 do_tss: movq    %rdx,PCPU(TSSP)
 308         movq    %rdx,%rcx
 309         movq    PCPU(TSS),%rax
 310         movw    %cx,2(%rax)
 311         shrq    $16,%rcx
 312         movb    %cl,4(%rax)
 313         shrq    $8,%rcx
 314         movb    %cl,7(%rax)
 315         shrq    $8,%rcx
 316         movl    %ecx,8(%rax)
 317         movb    $0x89,5(%rax)   /* unset busy */
 318         movl    $TSSSEL,%eax
 319         ltr     %ax
 320         jmp     done_tss
 321
 322 do_ldt: movq    PCPU(LDT),%rax
 323         movq    P_MD+MD_LDT_SD(%rcx),%rdx
 324         movq    %rdx,(%rax)
 325         movq    P_MD+MD_LDT_SD+8(%rcx),%rdx
 326         movq    %rdx,8(%rax)
 327         movl    $LDTSEL,%eax
 328         jmp     ld_ldt
 329 END(cpu_switch)
 330
 331 /*
 332  * savectx(pcb)
 333  * Update pcb, saving current processor state.
 334  */
 335 ENTRY(savectx)
 336         /* Save caller's return address. */
 337         movq    (%rsp),%rax
 338         movq    %rax,PCB_RIP(%rdi)
 339
 340         movq    %rbx,PCB_RBX(%rdi)
 341         movq    %rsp,PCB_RSP(%rdi)
 342         movq    %rbp,PCB_RBP(%rdi)
 343         movq    %r12,PCB_R12(%rdi)
 344         movq    %r13,PCB_R13(%rdi)
 345         movq    %r14,PCB_R14(%rdi)
 346         movq    %r15,PCB_R15(%rdi)
 347
 348         movq    %cr0,%rax
 349         movq    %rax,PCB_CR0(%rdi)
 350         movq    %cr2,%rax
 351         movq    %rax,PCB_CR2(%rdi)
 352         movq    %cr3,%rax
 353         movq    %rax,PCB_CR3(%rdi)
 354         movq    %cr4,%rax
 355         movq    %rax,PCB_CR4(%rdi)
 356
 357         movq    %dr0,%rax
 358         movq    %rax,PCB_DR0(%rdi)
 359         movq    %dr1,%rax
 360         movq    %rax,PCB_DR1(%rdi)
 361         movq    %dr2,%rax
 362         movq    %rax,PCB_DR2(%rdi)
 363         movq    %dr3,%rax
 364         movq    %rax,PCB_DR3(%rdi)
 365         movq    %dr6,%rax
 366         movq    %rax,PCB_DR6(%rdi)
 367         movq    %dr7,%rax
 368         movq    %rax,PCB_DR7(%rdi)
 369
 370         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 371         rdmsr
 372         movl    %eax,PCB_FSBASE(%rdi)
 373         movl    %edx,PCB_FSBASE+4(%rdi)
 374         movl    $MSR_GSBASE,%ecx
 375         rdmsr
 376         movl    %eax,PCB_GSBASE(%rdi)
 377         movl    %edx,PCB_GSBASE+4(%rdi)
 378         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 379         rdmsr
 380         movl    %eax,PCB_KGSBASE(%rdi)
 381         movl    %edx,PCB_KGSBASE+4(%rdi)
 382         movl    $MSR_EFER,%ecx
 383         rdmsr
 384         movl    %eax,PCB_EFER(%rdi)
 385         movl    %edx,PCB_EFER+4(%rdi)
 386         movl    $MSR_STAR,%ecx
 387         rdmsr
 388         movl    %eax,PCB_STAR(%rdi)
 389         movl    %edx,PCB_STAR+4(%rdi)
 390         movl    $MSR_LSTAR,%ecx
 391         rdmsr
 392         movl    %eax,PCB_LSTAR(%rdi)
 393         movl    %edx,PCB_LSTAR+4(%rdi)
 394         movl    $MSR_CSTAR,%ecx
 395         rdmsr
 396         movl    %eax,PCB_CSTAR(%rdi)
 397         movl    %edx,PCB_CSTAR+4(%rdi)
 398         movl    $MSR_SF_MASK,%ecx
 399         rdmsr
 400         movl    %eax,PCB_SFMASK(%rdi)
 401         movl    %edx,PCB_SFMASK+4(%rdi)
 402
 403         sgdt    PCB_GDT(%rdi)
 404         sidt    PCB_IDT(%rdi)
 405         sldt    PCB_LDT(%rdi)
 406         str     PCB_TR(%rdi)
 407
 408         movl    $1,%eax
 409         ret
 410 END(savectx)
 411
 412 /*
 413  * resumectx(pcb)
 414  * Resuming processor state from pcb.
 415  */
 416 ENTRY(resumectx)
 417         /* Switch to KPML4phys. */
 418         movq    KPML4phys,%rax
 419         movq    %rax,%cr3
 420
 421         /* Force kernel segment registers. */
 422         movl    $KDSEL,%eax
 423         movw    %ax,%ds
 424         movw    %ax,%es
 425         movw    %ax,%ss
 426         movl    $KUF32SEL,%eax
 427         movw    %ax,%fs
 428         movl    $KUG32SEL,%eax
 429         movw    %ax,%gs
 430
 431         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 432         movl    PCB_FSBASE(%rdi),%eax
 433         movl    4 + PCB_FSBASE(%rdi),%edx
 434         wrmsr
 435         movl    $MSR_GSBASE,%ecx
 436         movl    PCB_GSBASE(%rdi),%eax
 437         movl    4 + PCB_GSBASE(%rdi),%edx
 438         wrmsr
 439         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 440         movl    PCB_KGSBASE(%rdi),%eax
 441         movl    4 + PCB_KGSBASE(%rdi),%edx
 442         wrmsr
 443
 444         /* Restore EFER. */
 445         movl    $MSR_EFER,%ecx
 446         movl    PCB_EFER(%rdi),%eax
 447         wrmsr
 448
 449         /* Restore fast syscall stuff. */
 450         movl    $MSR_STAR,%ecx
 451         movl    PCB_STAR(%rdi),%eax
 452         movl    4 + PCB_STAR(%rdi),%edx
 453         wrmsr
 454         movl    $MSR_LSTAR,%ecx
 455         movl    PCB_LSTAR(%rdi),%eax
 456         movl    4 + PCB_LSTAR(%rdi),%edx
 457         wrmsr
 458         movl    $MSR_CSTAR,%ecx
 459         movl    PCB_CSTAR(%rdi),%eax
 460         movl    4 + PCB_CSTAR(%rdi),%edx
 461         wrmsr
 462         movl    $MSR_SF_MASK,%ecx
 463         movl    PCB_SFMASK(%rdi),%eax
 464         wrmsr
 465
 466         /* Restore CR0, CR2, CR4 and CR3. */
 467         movq    PCB_CR0(%rdi),%rax
 468         movq    %rax,%cr0
 469         movq    PCB_CR2(%rdi),%rax
 470         movq    %rax,%cr2
 471         movq    PCB_CR4(%rdi),%rax
 472         movq    %rax,%cr4
 473         movq    PCB_CR3(%rdi),%rax
 474         movq    %rax,%cr3
 475
 476         /* Restore descriptor tables. */
 477         lidt    PCB_IDT(%rdi)
 478         lldt    PCB_LDT(%rdi)
 479
 480 #define SDT_SYSTSS      9
 481 #define SDT_SYSBSY      11
 482
 483         /* Clear "task busy" bit and reload TR. */
 484         movq    PCPU(TSS),%rax
 485         andb    $(~SDT_SYSBSY | SDT_SYSTSS),5(%rax)
 486         movw    PCB_TR(%rdi),%ax
 487         ltr     %ax
 488
 489 #undef  SDT_SYSTSS
 490 #undef  SDT_SYSBSY
 491
 492         /* Restore debug registers. */
 493         movq    PCB_DR0(%rdi),%rax
 494         movq    %rax,%dr0
 495         movq    PCB_DR1(%rdi),%rax
 496         movq    %rax,%dr1
 497         movq    PCB_DR2(%rdi),%rax
 498         movq    %rax,%dr2
 499         movq    PCB_DR3(%rdi),%rax
 500         movq    %rax,%dr3
 501         movq    PCB_DR6(%rdi),%rax
 502         movq    %rax,%dr6
 503         movq    PCB_DR7(%rdi),%rax
 504         movq    %rax,%dr7
 505
 506         /* Restore other callee saved registers. */
 507         movq    PCB_R15(%rdi),%r15
 508         movq    PCB_R14(%rdi),%r14
 509         movq    PCB_R13(%rdi),%r13
 510         movq    PCB_R12(%rdi),%r12
 511         movq    PCB_RBP(%rdi),%rbp
 512         movq    PCB_RSP(%rdi),%rsp
 513         movq    PCB_RBX(%rdi),%rbx
 514
 515         /* Restore return address. */
 516         movq    PCB_RIP(%rdi),%rax
 517         movq    %rax,(%rsp)
 518
 519         xorl    %eax,%eax
 520         ret
 521 END(resumectx)