sys/amd64/amd64/mp_machdep.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1996, by Steve Passe
   3  * Copyright (c) 2003, by Peter Wemm
   4  * All rights reserved.
   5  *
   6  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   7  * modification, are permitted provided that the following conditions
   8  * are met:
   9  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  10  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  11  * 2. The name of the developer may NOT be used to endorse or promote products
  12  *    derived from this software without specific prior written permission.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  */
  26
  27 #include <sys/cdefs.h>
  28 __FBSDID("$FreeBSD$");
  29
  30 #include "opt_cpu.h"
  31 #include "opt_ddb.h"
  32 #include "opt_kstack_pages.h"
  33 #include "opt_sched.h"
  34 #include "opt_smp.h"
  35
  36 #include <sys/param.h>
  37 #include <sys/systm.h>
  38 #include <sys/bus.h>
  39 #include <sys/cpuset.h>
  40 #ifdef GPROF
  41 #include <sys/gmon.h>
  42 #endif
  43 #include <sys/kernel.h>
  44 #include <sys/ktr.h>
  45 #include <sys/lock.h>
  46 #include <sys/malloc.h>
  47 #include <sys/memrange.h>
  48 #include <sys/mutex.h>
  49 #include <sys/pcpu.h>
  50 #include <sys/proc.h>
  51 #include <sys/sched.h>
  52 #include <sys/smp.h>
  53 #include <sys/sysctl.h>
  54
  55 #include <vm/vm.h>
  56 #include <vm/vm_param.h>
  57 #include <vm/pmap.h>
  58 #include <vm/vm_kern.h>
  59 #include <vm/vm_extern.h>
  60
  61 #include <x86/apicreg.h>
  62 #include <machine/clock.h>
  63 #include <machine/cputypes.h>
  64 #include <machine/cpufunc.h>
  65 #include <x86/mca.h>
  66 #include <machine/md_var.h>
  67 #include <machine/pcb.h>
  68 #include <machine/psl.h>
  69 #include <machine/smp.h>
  70 #include <machine/specialreg.h>
  71 #include <machine/tss.h>
  72 #include <machine/cpu.h>
  73
  74 #define WARMBOOT_TARGET         0
  75 #define WARMBOOT_OFF            (KERNBASE + 0x0467)
  76 #define WARMBOOT_SEG            (KERNBASE + 0x0469)
  77
  78 #define CMOS_REG                (0x70)
  79 #define CMOS_DATA               (0x71)
  80 #define BIOS_RESET              (0x0f)
  81 #define BIOS_WARM               (0x0a)
  82
  83 /* lock region used by kernel profiling */
  84 int     mcount_lock;
  85
  86 int     mp_naps;                /* # of Applications processors */
  87 int     boot_cpu_id = -1;       /* designated BSP */
  88
  89 extern  struct pcpu __pcpu[];
  90
  91 /* AP uses this during bootstrap.  Do not staticize.  */
  92 char *bootSTK;
  93 static int bootAP;
  94
  95 /* Free these after use */
  96 void *bootstacks[MAXCPU];
  97
  98 /* Temporary variables for init_secondary()  */
  99 char *doublefault_stack;
 100 char *nmi_stack;
 101 void *dpcpu;
 102
 103 struct pcb stoppcbs[MAXCPU];
 104 struct susppcb **susppcbs;
 105
 106 /* Variables needed for SMP tlb shootdown. */
 107 vm_offset_t smp_tlb_addr2;
 108 struct invpcid_descr smp_tlb_invpcid;
 109 volatile int smp_tlb_wait;
 110 uint64_t pcid_cr3;
 111 pmap_t smp_tlb_pmap;
 112 extern int invpcid_works;
 113
 114 #ifdef COUNT_IPIS
 115 /* Interrupt counts. */
 116 static u_long *ipi_preempt_counts[MAXCPU];
 117 static u_long *ipi_ast_counts[MAXCPU];
 118 u_long *ipi_invltlb_counts[MAXCPU];
 119 u_long *ipi_invlrng_counts[MAXCPU];
 120 u_long *ipi_invlpg_counts[MAXCPU];
 121 u_long *ipi_invlcache_counts[MAXCPU];
 122 u_long *ipi_rendezvous_counts[MAXCPU];
 123 static u_long *ipi_hardclock_counts[MAXCPU];
 124 #endif
 125
 126 /* Default cpu_ops implementation. */
 127 struct cpu_ops cpu_ops = {
 128         .ipi_vectored = lapic_ipi_vectored
 129 };
 130
 131 extern inthand_t IDTVEC(fast_syscall), IDTVEC(fast_syscall32);
 132
 133 extern int pmap_pcid_enabled;
 134
 135 /*
 136  * Local data and functions.
 137  */
 138
 139 static volatile cpuset_t ipi_nmi_pending;
 140
 141 /* used to hold the AP's until we are ready to release them */
 142 static struct mtx ap_boot_mtx;
 143
 144 /* Set to 1 once we're ready to let the APs out of the pen. */
 145 static volatile int aps_ready = 0;
 146
 147 /*
 148  * Store data from cpu_add() until later in the boot when we actually setup
 149  * the APs.
 150  */
 151 struct cpu_info {
 152         int     cpu_present:1;
 153         int     cpu_bsp:1;
 154         int     cpu_disabled:1;
 155         int     cpu_hyperthread:1;
 156 } static cpu_info[MAX_APIC_ID + 1];
 157 int cpu_apic_ids[MAXCPU];
 158 int apic_cpuids[MAX_APIC_ID + 1];
 159
 160 /* Holds pending bitmap based IPIs per CPU */
 161 volatile u_int cpu_ipi_pending[MAXCPU];
 162
 163 static u_int boot_address;
 164 static int cpu_logical;                 /* logical cpus per core */
 165 static int cpu_cores;                   /* cores per package */
 166
 167 static void     assign_cpu_ids(void);
 168 static void     set_interrupt_apic_ids(void);
 169 static int      start_all_aps(void);
 170 static int      start_ap(int apic_id);
 171 static void     release_aps(void *dummy);
 172
 173 static u_int    hyperthreading_cpus;    /* logical cpus sharing L1 cache */
 174 static int      hyperthreading_allowed = 1;
 175 static u_int    bootMP_size;
 176
 177 static void
 178 mem_range_AP_init(void)
 179 {
 180         if (mem_range_softc.mr_op && mem_range_softc.mr_op->initAP)
 181                 mem_range_softc.mr_op->initAP(&mem_range_softc);
 182 }
 183
 184 static void
 185 topo_probe_amd(void)
 186 {
 187         int core_id_bits;
 188         int id;
 189
 190         /* AMD processors do not support HTT. */
 191         cpu_logical = 1;
 192
 193         if ((amd_feature2 & AMDID2_CMP) == 0) {
 194                 cpu_cores = 1;
 195                 return;
 196         }
 197
 198         core_id_bits = (cpu_procinfo2 & AMDID_COREID_SIZE) >>
 199             AMDID_COREID_SIZE_SHIFT;
 200         if (core_id_bits == 0) {
 201                 cpu_cores = (cpu_procinfo2 & AMDID_CMP_CORES) + 1;
 202                 return;
 203         }
 204
 205         /* Fam 10h and newer should get here. */
 206         for (id = 0; id <= MAX_APIC_ID; id++) {
 207                 /* Check logical CPU availability. */
 208                 if (!cpu_info[id].cpu_present || cpu_info[id].cpu_disabled)
 209                         continue;
 210                 /* Check if logical CPU has the same package ID. */
 211                 if ((id >> core_id_bits) != (boot_cpu_id >> core_id_bits))
 212                         continue;
 213                 cpu_cores++;
 214         }
 215 }
 216
 217 /*
 218  * Round up to the next power of two, if necessary, and then
 219  * take log2.
 220  * Returns -1 if argument is zero.
 221  */
 222 static __inline int
 223 mask_width(u_int x)
 224 {
 225
 226         return (fls(x << (1 - powerof2(x))) - 1);
 227 }
 228
 229 static void
 230 topo_probe_0x4(void)
 231 {
 232         u_int p[4];
 233         int pkg_id_bits;
 234         int core_id_bits;
 235         int max_cores;
 236         int max_logical;
 237         int id;
 238
 239         /* Both zero and one here mean one logical processor per package. */
 240         max_logical = (cpu_feature & CPUID_HTT) != 0 ?
 241             (cpu_procinfo & CPUID_HTT_CORES) >> 16 : 1;
 242         if (max_logical <= 1)
 243                 return;
 244
 245         /*
 246          * Because of uniformity assumption we examine only
 247          * those logical processors that belong to the same
 248          * package as BSP.  Further, we count number of
 249          * logical processors that belong to the same core
 250          * as BSP thus deducing number of threads per core.
 251          */
 252         if (cpu_high >= 0x4) {
 253                 cpuid_count(0x04, 0, p);
 254                 max_cores = ((p[0] >> 26) & 0x3f) + 1;
 255         } else
 256                 max_cores = 1;
 257         core_id_bits = mask_width(max_logical/max_cores);
 258         if (core_id_bits < 0)
 259                 return;
 260         pkg_id_bits = core_id_bits + mask_width(max_cores);
 261
 262         for (id = 0; id <= MAX_APIC_ID; id++) {
 263                 /* Check logical CPU availability. */
 264                 if (!cpu_info[id].cpu_present || cpu_info[id].cpu_disabled)
 265                         continue;
 266                 /* Check if logical CPU has the same package ID. */
 267                 if ((id >> pkg_id_bits) != (boot_cpu_id >> pkg_id_bits))
 268                         continue;
 269                 cpu_cores++;
 270                 /* Check if logical CPU has the same package and core IDs. */
 271                 if ((id >> core_id_bits) == (boot_cpu_id >> core_id_bits))
 272                         cpu_logical++;
 273         }
 274
 275         KASSERT(cpu_cores >= 1 && cpu_logical >= 1,
 276             ("topo_probe_0x4 couldn't find BSP"));
 277
 278         cpu_cores /= cpu_logical;
 279         hyperthreading_cpus = cpu_logical;
 280 }
 281
 282 static void
 283 topo_probe_0xb(void)
 284 {
 285         u_int p[4];
 286         int bits;
 287         int cnt;
 288         int i;
 289         int logical;
 290         int type;
 291         int x;
 292
 293         /* We only support three levels for now. */
 294         for (i = 0; i < 3; i++) {
 295                 cpuid_count(0x0b, i, p);
 296
 297                 /* Fall back if CPU leaf 11 doesn't really exist. */
 298                 if (i == 0 && p[1] == 0) {
 299                         topo_probe_0x4();
 300                         return;
 301                 }
 302
 303                 bits = p[0] & 0x1f;
 304                 logical = p[1] &= 0xffff;
 305                 type = (p[2] >> 8) & 0xff;
 306                 if (type == 0 || logical == 0)
 307                         break;
 308                 /*
 309                  * Because of uniformity assumption we examine only
 310                  * those logical processors that belong to the same
 311                  * package as BSP.
 312                  */
 313                 for (cnt = 0, x = 0; x <= MAX_APIC_ID; x++) {
 314                         if (!cpu_info[x].cpu_present ||
 315                             cpu_info[x].cpu_disabled)
 316                                 continue;
 317                         if (x >> bits == boot_cpu_id >> bits)
 318                                 cnt++;
 319                 }
 320                 if (type == CPUID_TYPE_SMT)
 321                         cpu_logical = cnt;
 322                 else if (type == CPUID_TYPE_CORE)
 323                         cpu_cores = cnt;
 324         }
 325         if (cpu_logical == 0)
 326                 cpu_logical = 1;
 327         cpu_cores /= cpu_logical;
 328 }
 329
 330 /*
 331  * Both topology discovery code and code that consumes topology
 332  * information assume top-down uniformity of the topology.
 333  * That is, all physical packages must be identical and each
 334  * core in a package must have the same number of threads.
 335  * Topology information is queried only on BSP, on which this
 336  * code runs and for which it can query CPUID information.
 337  * Then topology is extrapolated on all packages using the
 338  * uniformity assumption.
 339  */
 340 static void
 341 topo_probe(void)
 342 {
 343         static int cpu_topo_probed = 0;
 344
 345         if (cpu_topo_probed)
 346                 return;
 347
 348         CPU_ZERO(&logical_cpus_mask);
 349         if (mp_ncpus <= 1)
 350                 cpu_cores = cpu_logical = 1;
 351         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_AMD)
 352                 topo_probe_amd();
 353         else if (cpu_vendor_id == CPU_VENDOR_INTEL) {
 354                 /*
 355                  * See Intel(R) 64 Architecture Processor
 356                  * Topology Enumeration article for details.
 357                  *
 358                  * Note that 0x1 <= cpu_high < 4 case should be
 359                  * compatible with topo_probe_0x4() logic when
 360                  * CPUID.1:EBX[23:16] > 0 (cpu_cores will be 1)
 361                  * or it should trigger the fallback otherwise.
 362                  */
 363                 if (cpu_high >= 0xb)
 364                         topo_probe_0xb();
 365                 else if (cpu_high >= 0x1)
 366                         topo_probe_0x4();
 367         }
 368
 369         /*
 370          * Fallback: assume each logical CPU is in separate
 371          * physical package.  That is, no multi-core, no SMT.
 372          */
 373         if (cpu_cores == 0 || cpu_logical == 0)
 374                 cpu_cores = cpu_logical = 1;
 375         cpu_topo_probed = 1;
 376 }
 377
 378 struct cpu_group *
 379 cpu_topo(void)
 380 {
 381         int cg_flags;
 382
 383         /*
 384          * Determine whether any threading flags are
 385          * necessry.
 386          */
 387         topo_probe();
 388         if (cpu_logical > 1 && hyperthreading_cpus)
 389                 cg_flags = CG_FLAG_HTT;
 390         else if (cpu_logical > 1)
 391                 cg_flags = CG_FLAG_SMT;
 392         else
 393                 cg_flags = 0;
 394         if (mp_ncpus % (cpu_cores * cpu_logical) != 0) {
 395                 printf("WARNING: Non-uniform processors.\n");
 396                 printf("WARNING: Using suboptimal topology.\n");
 397                 return (smp_topo_none());
 398         }
 399         /*
 400          * No multi-core or hyper-threaded.
 401          */
 402         if (cpu_logical * cpu_cores == 1)
 403                 return (smp_topo_none());
 404         /*
 405          * Only HTT no multi-core.
 406          */
 407         if (cpu_logical > 1 && cpu_cores == 1)
 408                 return (smp_topo_1level(CG_SHARE_L1, cpu_logical, cg_flags));
 409         /*
 410          * Only multi-core no HTT.
 411          */
 412         if (cpu_cores > 1 && cpu_logical == 1)
 413                 return (smp_topo_1level(CG_SHARE_L2, cpu_cores, cg_flags));
 414         /*
 415          * Both HTT and multi-core.
 416          */
 417         return (smp_topo_2level(CG_SHARE_L2, cpu_cores,
 418             CG_SHARE_L1, cpu_logical, cg_flags));
 419 }
 420
 421 /*
 422  * Calculate usable address in base memory for AP trampoline code.
 423  */
 424 u_int
 425 mp_bootaddress(u_int basemem)
 426 {
 427
 428         bootMP_size = mptramp_end - mptramp_start;
 429         boot_address = trunc_page(basemem * 1024); /* round down to 4k boundary */
 430         if (((basemem * 1024) - boot_address) < bootMP_size)
 431                 boot_address -= PAGE_SIZE;      /* not enough, lower by 4k */
 432         /* 3 levels of page table pages */
 433         mptramp_pagetables = boot_address - (PAGE_SIZE * 3);
 434
 435         return mptramp_pagetables;
 436 }
 437
 438 void
 439 cpu_add(u_int apic_id, char boot_cpu)
 440 {
 441
 442         if (apic_id > MAX_APIC_ID) {
 443                 panic("SMP: APIC ID %d too high", apic_id);
 444                 return;
 445         }
 446         KASSERT(cpu_info[apic_id].cpu_present == 0, ("CPU %d added twice",
 447             apic_id));
 448         cpu_info[apic_id].cpu_present = 1;
 449         if (boot_cpu) {
 450                 KASSERT(boot_cpu_id == -1,
 451                     ("CPU %d claims to be BSP, but CPU %d already is", apic_id,
 452                     boot_cpu_id));
 453                 boot_cpu_id = apic_id;
 454                 cpu_info[apic_id].cpu_bsp = 1;
 455         }
 456         if (mp_ncpus < MAXCPU) {
 457                 mp_ncpus++;
 458                 mp_maxid = mp_ncpus - 1;
 459         }
 460         if (bootverbose)
 461                 printf("SMP: Added CPU %d (%s)\n", apic_id, boot_cpu ? "BSP" :
 462                     "AP");
 463 }
 464
 465 void
 466 cpu_mp_setmaxid(void)
 467 {
 468
 469         /*
 470          * mp_maxid should be already set by calls to cpu_add().
 471          * Just sanity check its value here.
 472          */
 473         if (mp_ncpus == 0)
 474                 KASSERT(mp_maxid == 0,
 475                     ("%s: mp_ncpus is zero, but mp_maxid is not", __func__));
 476         else if (mp_ncpus == 1)
 477                 mp_maxid = 0;
 478         else
 479                 KASSERT(mp_maxid >= mp_ncpus - 1,
 480                     ("%s: counters out of sync: max %d, count %d", __func__,
 481                         mp_maxid, mp_ncpus));
 482 }
 483
 484 int
 485 cpu_mp_probe(void)
 486 {
 487
 488         /*
 489          * Always record BSP in CPU map so that the mbuf init code works
 490          * correctly.
 491          */
 492         CPU_SETOF(0, &all_cpus);
 493         if (mp_ncpus == 0) {
 494                 /*
 495                  * No CPUs were found, so this must be a UP system.  Setup
 496                  * the variables to represent a system with a single CPU
 497                  * with an id of 0.
 498                  */
 499                 mp_ncpus = 1;
 500                 return (0);
 501         }
 502
 503         /* At least one CPU was found. */
 504         if (mp_ncpus == 1) {
 505                 /*
 506                  * One CPU was found, so this must be a UP system with
 507                  * an I/O APIC.
 508                  */
 509                 mp_maxid = 0;
 510                 return (0);
 511         }
 512
 513         /* At least two CPUs were found. */
 514         return (1);
 515 }
 516
 517 /*
 518  * Initialize the IPI handlers and start up the AP's.
 519  */
 520 void
 521 cpu_mp_start(void)
 522 {
 523         int i;
 524
 525         /* Initialize the logical ID to APIC ID table. */
 526         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 527                 cpu_apic_ids[i] = -1;
 528                 cpu_ipi_pending[i] = 0;
 529         }
 530
 531         /* Install an inter-CPU IPI for TLB invalidation */
 532         if (pmap_pcid_enabled) {
 533                 setidt(IPI_INVLTLB, IDTVEC(invltlb_pcid), SDT_SYSIGT,
 534                     SEL_KPL, 0);
 535                 setidt(IPI_INVLPG, IDTVEC(invlpg_pcid), SDT_SYSIGT,
 536                     SEL_KPL, 0);
 537         } else {
 538                 setidt(IPI_INVLTLB, IDTVEC(invltlb), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 539                 setidt(IPI_INVLPG, IDTVEC(invlpg), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 540         }
 541         setidt(IPI_INVLRNG, IDTVEC(invlrng), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 542
 543         /* Install an inter-CPU IPI for cache invalidation. */
 544         setidt(IPI_INVLCACHE, IDTVEC(invlcache), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 545
 546         /* Install an inter-CPU IPI for all-CPU rendezvous */
 547         setidt(IPI_RENDEZVOUS, IDTVEC(rendezvous), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 548
 549         /* Install generic inter-CPU IPI handler */
 550         setidt(IPI_BITMAP_VECTOR, IDTVEC(ipi_intr_bitmap_handler),
 551                SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 552
 553         /* Install an inter-CPU IPI for CPU stop/restart */
 554         setidt(IPI_STOP, IDTVEC(cpustop), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 555
 556         /* Install an inter-CPU IPI for CPU suspend/resume */
 557         setidt(IPI_SUSPEND, IDTVEC(cpususpend), SDT_SYSIGT, SEL_KPL, 0);
 558
 559         /* Set boot_cpu_id if needed. */
 560         if (boot_cpu_id == -1) {
 561                 boot_cpu_id = PCPU_GET(apic_id);
 562                 cpu_info[boot_cpu_id].cpu_bsp = 1;
 563         } else
 564                 KASSERT(boot_cpu_id == PCPU_GET(apic_id),
 565                     ("BSP's APIC ID doesn't match boot_cpu_id"));
 566
 567         /* Probe logical/physical core configuration. */
 568         topo_probe();
 569
 570         assign_cpu_ids();
 571
 572         /* Start each Application Processor */
 573         start_all_aps();
 574
 575         set_interrupt_apic_ids();
 576 }
 577
 578
 579 /*
 580  * Print various information about the SMP system hardware and setup.
 581  */
 582 void
 583 cpu_mp_announce(void)
 584 {
 585         const char *hyperthread;
 586         int i;
 587
 588         printf("FreeBSD/SMP: %d package(s) x %d core(s)",
 589             mp_ncpus / (cpu_cores * cpu_logical), cpu_cores);
 590         if (hyperthreading_cpus > 1)
 591             printf(" x %d HTT threads", cpu_logical);
 592         else if (cpu_logical > 1)
 593             printf(" x %d SMT threads", cpu_logical);
 594         printf("\n");
 595
 596         /* List active CPUs first. */
 597         printf(" cpu0 (BSP): APIC ID: %2d\n", boot_cpu_id);
 598         for (i = 1; i < mp_ncpus; i++) {
 599                 if (cpu_info[cpu_apic_ids[i]].cpu_hyperthread)
 600                         hyperthread = "/HT";
 601                 else
 602                         hyperthread = "";
 603                 printf(" cpu%d (AP%s): APIC ID: %2d\n", i, hyperthread,
 604                     cpu_apic_ids[i]);
 605         }
 606
 607         /* List disabled CPUs last. */
 608         for (i = 0; i <= MAX_APIC_ID; i++) {
 609                 if (!cpu_info[i].cpu_present || !cpu_info[i].cpu_disabled)
 610                         continue;
 611                 if (cpu_info[i].cpu_hyperthread)
 612                         hyperthread = "/HT";
 613                 else
 614                         hyperthread = "";
 615                 printf("  cpu (AP%s): APIC ID: %2d (disabled)\n", hyperthread,
 616                     i);
 617         }
 618 }
 619
 620 /*
 621  * AP CPU's call this to initialize themselves.
 622  */
 623 void
 624 init_secondary(void)
 625 {
 626         struct pcpu *pc;
 627         struct nmi_pcpu *np;
 628         u_int64_t msr, cr0;
 629         u_int cpuid;
 630         int cpu, gsel_tss, x;
 631         struct region_descriptor ap_gdt;
 632
 633         /* Set by the startup code for us to use */
 634         cpu = bootAP;
 635
 636         /* Init tss */
 637         common_tss[cpu] = common_tss[0];
 638         common_tss[cpu].tss_rsp0 = 0;   /* not used until after switch */
 639         common_tss[cpu].tss_iobase = sizeof(struct amd64tss) +
 640             IOPAGES * PAGE_SIZE;
 641         common_tss[cpu].tss_ist1 = (long)&doublefault_stack[PAGE_SIZE];
 642
 643         /* The NMI stack runs on IST2. */
 644         np = ((struct nmi_pcpu *) &nmi_stack[PAGE_SIZE]) - 1;
 645         common_tss[cpu].tss_ist2 = (long) np;
 646
 647         /* Prepare private GDT */
 648         gdt_segs[GPROC0_SEL].ssd_base = (long) &common_tss[cpu];
 649         for (x = 0; x < NGDT; x++) {
 650                 if (x != GPROC0_SEL && x != (GPROC0_SEL + 1) &&
 651                     x != GUSERLDT_SEL && x != (GUSERLDT_SEL + 1))
 652                         ssdtosd(&gdt_segs[x], &gdt[NGDT * cpu + x]);
 653         }
 654         ssdtosyssd(&gdt_segs[GPROC0_SEL],
 655             (struct system_segment_descriptor *)&gdt[NGDT * cpu + GPROC0_SEL]);
 656         ap_gdt.rd_limit = NGDT * sizeof(gdt[0]) - 1;
 657         ap_gdt.rd_base =  (long) &gdt[NGDT * cpu];
 658         lgdt(&ap_gdt);                  /* does magic intra-segment return */
 659
 660         /* Get per-cpu data */
 661         pc = &__pcpu[cpu];
 662
 663         /* prime data page for it to use */
 664         pcpu_init(pc, cpu, sizeof(struct pcpu));
 665         dpcpu_init(dpcpu, cpu);
 666         pc->pc_apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
 667         pc->pc_prvspace = pc;
 668         pc->pc_curthread = 0;
 669         pc->pc_tssp = &common_tss[cpu];
 670         pc->pc_commontssp = &common_tss[cpu];
 671         pc->pc_rsp0 = 0;
 672         pc->pc_tss = (struct system_segment_descriptor *)&gdt[NGDT * cpu +
 673             GPROC0_SEL];
 674         pc->pc_fs32p = &gdt[NGDT * cpu + GUFS32_SEL];
 675         pc->pc_gs32p = &gdt[NGDT * cpu + GUGS32_SEL];
 676         pc->pc_ldt = (struct system_segment_descriptor *)&gdt[NGDT * cpu +
 677             GUSERLDT_SEL];
 678
 679         /* Save the per-cpu pointer for use by the NMI handler. */
 680         np->np_pcpu = (register_t) pc;
 681
 682         wrmsr(MSR_FSBASE, 0);           /* User value */
 683         wrmsr(MSR_GSBASE, (u_int64_t)pc);
 684         wrmsr(MSR_KGSBASE, (u_int64_t)pc);      /* XXX User value while we're in the kernel */
 685         intel_fix_cpuid();
 686
 687         lidt(&r_idt);
 688
 689         gsel_tss = GSEL(GPROC0_SEL, SEL_KPL);
 690         ltr(gsel_tss);
 691
 692         /*
 693          * Set to a known state:
 694          * Set by mpboot.s: CR0_PG, CR0_PE
 695          * Set by cpu_setregs: CR0_NE, CR0_MP, CR0_TS, CR0_WP, CR0_AM
 696          */
 697         cr0 = rcr0();
 698         cr0 &= ~(CR0_CD | CR0_NW | CR0_EM);
 699         load_cr0(cr0);
 700
 701         /* Set up the fast syscall stuff */
 702         msr = rdmsr(MSR_EFER) | EFER_SCE;
 703         wrmsr(MSR_EFER, msr);
 704         wrmsr(MSR_LSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall));
 705         wrmsr(MSR_CSTAR, (u_int64_t)IDTVEC(fast_syscall32));
 706         msr = ((u_int64_t)GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL) << 32) |
 707               ((u_int64_t)GSEL(GUCODE32_SEL, SEL_UPL) << 48);
 708         wrmsr(MSR_STAR, msr);
 709         wrmsr(MSR_SF_MASK, PSL_NT|PSL_T|PSL_I|PSL_C|PSL_D);
 710
 711         /* Disable local APIC just to be sure. */
 712         lapic_disable();
 713
 714         /* signal our startup to the BSP. */
 715         mp_naps++;
 716
 717         /* Spin until the BSP releases the AP's. */
 718         while (!aps_ready)
 719                 ia32_pause();
 720
 721         /* Initialize the PAT MSR. */
 722         pmap_init_pat();
 723
 724         /* set up CPU registers and state */
 725         cpu_setregs();
 726
 727         /* set up SSE/NX */
 728         initializecpu();
 729
 730         /* set up FPU state on the AP */
 731         fpuinit();
 732
 733         if (cpu_ops.cpu_init)
 734                 cpu_ops.cpu_init();
 735
 736         /* A quick check from sanity claus */
 737         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
 738         if (PCPU_GET(apic_id) != lapic_id()) {
 739                 printf("SMP: cpuid = %d\n", cpuid);
 740                 printf("SMP: actual apic_id = %d\n", lapic_id());
 741                 printf("SMP: correct apic_id = %d\n", PCPU_GET(apic_id));
 742                 panic("cpuid mismatch! boom!!");
 743         }
 744
 745         /* Initialize curthread. */
 746         KASSERT(PCPU_GET(idlethread) != NULL, ("no idle thread"));
 747         PCPU_SET(curthread, PCPU_GET(idlethread));
 748
 749         mca_init();
 750
 751         mtx_lock_spin(&ap_boot_mtx);
 752
 753         /* Init local apic for irq's */
 754         lapic_setup(1);
 755
 756         /* Set memory range attributes for this CPU to match the BSP */
 757         mem_range_AP_init();
 758
 759         smp_cpus++;
 760
 761         CTR1(KTR_SMP, "SMP: AP CPU #%d Launched", cpuid);
 762         printf("SMP: AP CPU #%d Launched!\n", cpuid);
 763
 764         /* Determine if we are a logical CPU. */
 765         /* XXX Calculation depends on cpu_logical being a power of 2, e.g. 2 */
 766         if (cpu_logical > 1 && PCPU_GET(apic_id) % cpu_logical != 0)
 767                 CPU_SET(cpuid, &logical_cpus_mask);
 768
 769         if (bootverbose)
 770                 lapic_dump("AP");
 771
 772         if (smp_cpus == mp_ncpus) {
 773                 /* enable IPI's, tlb shootdown, freezes etc */
 774                 atomic_store_rel_int(&smp_started, 1);
 775         }
 776
 777         /*
 778          * Enable global pages TLB extension
 779          * This also implicitly flushes the TLB
 780          */
 781
 782         load_cr4(rcr4() | CR4_PGE);
 783         if (pmap_pcid_enabled)
 784                 load_cr4(rcr4() | CR4_PCIDE);
 785         load_ds(_udatasel);
 786         load_es(_udatasel);
 787         load_fs(_ufssel);
 788         mtx_unlock_spin(&ap_boot_mtx);
 789
 790         /* Wait until all the AP's are up. */
 791         while (smp_started == 0)
 792                 ia32_pause();
 793
 794         /* Start per-CPU event timers. */
 795         cpu_initclocks_ap();
 796
 797         sched_throw(NULL);
 798
 799         panic("scheduler returned us to %s", __func__);
 800         /* NOTREACHED */
 801 }
 802
 803 /*******************************************************************
 804  * local functions and data
 805  */
 806
 807 /*
 808  * We tell the I/O APIC code about all the CPUs we want to receive
 809  * interrupts.  If we don't want certain CPUs to receive IRQs we
 810  * can simply not tell the I/O APIC code about them in this function.
 811  * We also do not tell it about the BSP since it tells itself about
 812  * the BSP internally to work with UP kernels and on UP machines.
 813  */
 814 static void
 815 set_interrupt_apic_ids(void)
 816 {
 817         u_int i, apic_id;
 818
 819         for (i = 0; i < MAXCPU; i++) {
 820                 apic_id = cpu_apic_ids[i];
 821                 if (apic_id == -1)
 822                         continue;
 823                 if (cpu_info[apic_id].cpu_bsp)
 824                         continue;
 825                 if (cpu_info[apic_id].cpu_disabled)
 826                         continue;
 827
 828                 /* Don't let hyperthreads service interrupts. */
 829                 if (hyperthreading_cpus > 1 &&
 830                     apic_id % hyperthreading_cpus != 0)
 831                         continue;
 832
 833                 intr_add_cpu(i);
 834         }
 835 }
 836
 837 /*
 838  * Assign logical CPU IDs to local APICs.
 839  */
 840 static void
 841 assign_cpu_ids(void)
 842 {
 843         u_int i;
 844
 845         TUNABLE_INT_FETCH("machdep.hyperthreading_allowed",
 846             &hyperthreading_allowed);
 847
 848         /* Check for explicitly disabled CPUs. */
 849         for (i = 0; i <= MAX_APIC_ID; i++) {
 850                 if (!cpu_info[i].cpu_present || cpu_info[i].cpu_bsp)
 851                         continue;
 852
 853                 if (hyperthreading_cpus > 1 && i % hyperthreading_cpus != 0) {
 854                         cpu_info[i].cpu_hyperthread = 1;
 855
 856                         /*
 857                          * Don't use HT CPU if it has been disabled by a
 858                          * tunable.
 859                          */
 860                         if (hyperthreading_allowed == 0) {
 861                                 cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 862                                 continue;
 863                         }
 864                 }
 865
 866                 /* Don't use this CPU if it has been disabled by a tunable. */
 867                 if (resource_disabled("lapic", i)) {
 868                         cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 869                         continue;
 870                 }
 871         }
 872
 873         if (hyperthreading_allowed == 0 && hyperthreading_cpus > 1) {
 874                 hyperthreading_cpus = 0;
 875                 cpu_logical = 1;
 876         }
 877
 878         /*
 879          * Assign CPU IDs to local APIC IDs and disable any CPUs
 880          * beyond MAXCPU.  CPU 0 is always assigned to the BSP.
 881          *
 882          * To minimize confusion for userland, we attempt to number
 883          * CPUs such that all threads and cores in a package are
 884          * grouped together.  For now we assume that the BSP is always
 885          * the first thread in a package and just start adding APs
 886          * starting with the BSP's APIC ID.
 887          */
 888         mp_ncpus = 1;
 889         cpu_apic_ids[0] = boot_cpu_id;
 890         apic_cpuids[boot_cpu_id] = 0;
 891         for (i = boot_cpu_id + 1; i != boot_cpu_id;
 892              i == MAX_APIC_ID ? i = 0 : i++) {
 893                 if (!cpu_info[i].cpu_present || cpu_info[i].cpu_bsp ||
 894                     cpu_info[i].cpu_disabled)
 895                         continue;
 896
 897                 if (mp_ncpus < MAXCPU) {
 898                         cpu_apic_ids[mp_ncpus] = i;
 899                         apic_cpuids[i] = mp_ncpus;
 900                         mp_ncpus++;
 901                 } else
 902                         cpu_info[i].cpu_disabled = 1;
 903         }
 904         KASSERT(mp_maxid >= mp_ncpus - 1,
 905             ("%s: counters out of sync: max %d, count %d", __func__, mp_maxid,
 906             mp_ncpus));
 907 }
 908
 909 /*
 910  * start each AP in our list
 911  */
 912 static int
 913 start_all_aps(void)
 914 {
 915         vm_offset_t va = boot_address + KERNBASE;
 916         u_int64_t *pt4, *pt3, *pt2;
 917         u_int32_t mpbioswarmvec;
 918         int apic_id, cpu, i;
 919         u_char mpbiosreason;
 920
 921         mtx_init(&ap_boot_mtx, "ap boot", NULL, MTX_SPIN);
 922
 923         /* install the AP 1st level boot code */
 924         pmap_kenter(va, boot_address);
 925         pmap_invalidate_page(kernel_pmap, va);
 926         bcopy(mptramp_start, (void *)va, bootMP_size);
 927
 928         /* Locate the page tables, they'll be below the trampoline */
 929         pt4 = (u_int64_t *)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + KERNBASE);
 930         pt3 = pt4 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
 931         pt2 = pt3 + (PAGE_SIZE) / sizeof(u_int64_t);
 932
 933         /* Create the initial 1GB replicated page tables */
 934         for (i = 0; i < 512; i++) {
 935                 /* Each slot of the level 4 pages points to the same level 3 page */
 936                 pt4[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + PAGE_SIZE);
 937                 pt4[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
 938
 939                 /* Each slot of the level 3 pages points to the same level 2 page */
 940                 pt3[i] = (u_int64_t)(uintptr_t)(mptramp_pagetables + (2 * PAGE_SIZE));
 941                 pt3[i] |= PG_V | PG_RW | PG_U;
 942
 943                 /* The level 2 page slots are mapped with 2MB pages for 1GB. */
 944                 pt2[i] = i * (2 * 1024 * 1024);
 945                 pt2[i] |= PG_V | PG_RW | PG_PS | PG_U;
 946         }
 947
 948         /* save the current value of the warm-start vector */
 949         mpbioswarmvec = *((u_int32_t *) WARMBOOT_OFF);
 950         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 951         mpbiosreason = inb(CMOS_DATA);
 952
 953         /* setup a vector to our boot code */
 954         *((volatile u_short *) WARMBOOT_OFF) = WARMBOOT_TARGET;
 955         *((volatile u_short *) WARMBOOT_SEG) = (boot_address >> 4);
 956         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 957         outb(CMOS_DATA, BIOS_WARM);     /* 'warm-start' */
 958
 959         /* start each AP */
 960         for (cpu = 1; cpu < mp_ncpus; cpu++) {
 961                 apic_id = cpu_apic_ids[cpu];
 962
 963                 /* allocate and set up an idle stack data page */
 964                 bootstacks[cpu] = (void *)kmem_malloc(kernel_arena,
 965                     KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
 966                 doublefault_stack = (char *)kmem_malloc(kernel_arena,
 967                     PAGE_SIZE, M_WAITOK | M_ZERO);
 968                 nmi_stack = (char *)kmem_malloc(kernel_arena, PAGE_SIZE,
 969                     M_WAITOK | M_ZERO);
 970                 dpcpu = (void *)kmem_malloc(kernel_arena, DPCPU_SIZE,
 971                     M_WAITOK | M_ZERO);
 972
 973                 bootSTK = (char *)bootstacks[cpu] + KSTACK_PAGES * PAGE_SIZE - 8;
 974                 bootAP = cpu;
 975
 976                 /* attempt to start the Application Processor */
 977                 if (!start_ap(apic_id)) {
 978                         /* restore the warmstart vector */
 979                         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 980                         panic("AP #%d (PHY# %d) failed!", cpu, apic_id);
 981                 }
 982
 983                 CPU_SET(cpu, &all_cpus);        /* record AP in CPU map */
 984         }
 985
 986         /* restore the warmstart vector */
 987         *(u_int32_t *) WARMBOOT_OFF = mpbioswarmvec;
 988
 989         outb(CMOS_REG, BIOS_RESET);
 990         outb(CMOS_DATA, mpbiosreason);
 991
 992         /* number of APs actually started */
 993         return mp_naps;
 994 }
 995
 996
 997 /*
 998  * This function starts the AP (application processor) identified
 999  * by the APIC ID 'physicalCpu'.  It does quite a "song and dance"
1000  * to accomplish this.  This is necessary because of the nuances
1001  * of the different hardware we might encounter.  It isn't pretty,
1002  * but it seems to work.
1003  */
1004 static int
1005 start_ap(int apic_id)
1006 {
1007         int vector, ms;
1008         int cpus;
1009
1010         /* calculate the vector */
1011         vector = (boot_address >> 12) & 0xff;
1012
1013         /* used as a watchpoint to signal AP startup */
1014         cpus = mp_naps;
1015
1016         ipi_startup(apic_id, vector);
1017
1018         /* Wait up to 5 seconds for it to start. */
1019         for (ms = 0; ms < 5000; ms++) {
1020                 if (mp_naps > cpus)
1021                         return 1;       /* return SUCCESS */
1022                 DELAY(1000);
1023         }
1024         return 0;               /* return FAILURE */
1025 }
1026
1027 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1028 u_int xhits_gbl[MAXCPU];
1029 u_int xhits_pg[MAXCPU];
1030 u_int xhits_rng[MAXCPU];
1031 static SYSCTL_NODE(_debug, OID_AUTO, xhits, CTLFLAG_RW, 0, "");
1032 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, global, CTLFLAG_RW, &xhits_gbl,
1033     sizeof(xhits_gbl), "IU", "");
1034 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, page, CTLFLAG_RW, &xhits_pg,
1035     sizeof(xhits_pg), "IU", "");
1036 SYSCTL_OPAQUE(_debug_xhits, OID_AUTO, range, CTLFLAG_RW, &xhits_rng,
1037     sizeof(xhits_rng), "IU", "");
1038
1039 u_int ipi_global;
1040 u_int ipi_page;
1041 u_int ipi_range;
1042 u_int ipi_range_size;
1043 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_global, CTLFLAG_RW, &ipi_global, 0, "");
1044 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_page, CTLFLAG_RW, &ipi_page, 0, "");
1045 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_range, CTLFLAG_RW, &ipi_range, 0, "");
1046 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_range_size, CTLFLAG_RW,
1047     &ipi_range_size, 0, "");
1048
1049 u_int ipi_masked_global;
1050 u_int ipi_masked_page;
1051 u_int ipi_masked_range;
1052 u_int ipi_masked_range_size;
1053 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_global, CTLFLAG_RW,
1054     &ipi_masked_global, 0, "");
1055 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_page, CTLFLAG_RW,
1056     &ipi_masked_page, 0, "");
1057 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_range, CTLFLAG_RW,
1058     &ipi_masked_range, 0, "");
1059 SYSCTL_UINT(_debug_xhits, OID_AUTO, ipi_masked_range_size, CTLFLAG_RW,
1060     &ipi_masked_range_size, 0, "");
1061 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1062
1063 /*
1064  * Init and startup IPI.
1065  */
1066 void
1067 ipi_startup(int apic_id, int vector)
1068 {
1069
1070         /*
1071          * This attempts to follow the algorithm described in the
1072          * Intel Multiprocessor Specification v1.4 in section B.4.
1073          * For each IPI, we allow the local APIC ~20us to deliver the
1074          * IPI.  If that times out, we panic.
1075          */
1076
1077         /*
1078          * first we do an INIT IPI: this INIT IPI might be run, resetting
1079          * and running the target CPU. OR this INIT IPI might be latched (P5
1080          * bug), CPU waiting for STARTUP IPI. OR this INIT IPI might be
1081          * ignored.
1082          */
1083         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
1084             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT, apic_id);
1085         lapic_ipi_wait(100);
1086
1087         /* Explicitly deassert the INIT IPI. */
1088         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_LEVEL |
1089             APIC_LEVEL_DEASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_INIT,
1090             apic_id);
1091
1092         DELAY(10000);           /* wait ~10mS */
1093
1094         /*
1095          * next we do a STARTUP IPI: the previous INIT IPI might still be
1096          * latched, (P5 bug) this 1st STARTUP would then terminate
1097          * immediately, and the previously started INIT IPI would continue. OR
1098          * the previous INIT IPI has already run. and this STARTUP IPI will
1099          * run. OR the previous INIT IPI was ignored. and this STARTUP IPI
1100          * will run.
1101          */
1102         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
1103             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
1104             vector, apic_id);
1105         if (!lapic_ipi_wait(100))
1106                 panic("Failed to deliver first STARTUP IPI to APIC %d",
1107                     apic_id);
1108         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
1109
1110         /*
1111          * finally we do a 2nd STARTUP IPI: this 2nd STARTUP IPI should run IF
1112          * the previous STARTUP IPI was cancelled by a latched INIT IPI. OR
1113          * this STARTUP IPI will be ignored, as only ONE STARTUP IPI is
1114          * recognized after hardware RESET or INIT IPI.
1115          */
1116         lapic_ipi_raw(APIC_DEST_DESTFLD | APIC_TRIGMOD_EDGE |
1117             APIC_LEVEL_ASSERT | APIC_DESTMODE_PHY | APIC_DELMODE_STARTUP |
1118             vector, apic_id);
1119         if (!lapic_ipi_wait(100))
1120                 panic("Failed to deliver second STARTUP IPI to APIC %d",
1121                     apic_id);
1122
1123         DELAY(200);             /* wait ~200uS */
1124 }
1125
1126 /*
1127  * Send an IPI to specified CPU handling the bitmap logic.
1128  */
1129 static void
1130 ipi_send_cpu(int cpu, u_int ipi)
1131 {
1132         u_int bitmap, old_pending, new_pending;
1133
1134         KASSERT(cpu_apic_ids[cpu] != -1, ("IPI to non-existent CPU %d", cpu));
1135
1136         if (IPI_IS_BITMAPED(ipi)) {
1137                 bitmap = 1 << ipi;
1138                 ipi = IPI_BITMAP_VECTOR;
1139                 do {
1140                         old_pending = cpu_ipi_pending[cpu];
1141                         new_pending = old_pending | bitmap;
1142                 } while  (!atomic_cmpset_int(&cpu_ipi_pending[cpu],
1143                     old_pending, new_pending));
1144                 if (old_pending)
1145                         return;
1146         }
1147         cpu_ops.ipi_vectored(ipi, cpu_apic_ids[cpu]);
1148 }
1149
1150 /*
1151  * Flush the TLB on all other CPU's
1152  */
1153 static void
1154 smp_tlb_shootdown(u_int vector, pmap_t pmap, vm_offset_t addr1,
1155     vm_offset_t addr2)
1156 {
1157         u_int ncpu;
1158
1159         ncpu = mp_ncpus - 1;    /* does not shootdown self */
1160         if (ncpu < 1)
1161                 return;         /* no other cpus */
1162         if (!(read_rflags() & PSL_I))
1163                 panic("%s: interrupts disabled", __func__);
1164         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1165         smp_tlb_invpcid.addr = addr1;
1166         if (pmap == NULL) {
1167                 smp_tlb_invpcid.pcid = 0;
1168         } else {
1169                 smp_tlb_invpcid.pcid = pmap->pm_pcid;
1170                 pcid_cr3 = pmap->pm_cr3;
1171         }
1172         smp_tlb_addr2 = addr2;
1173         smp_tlb_pmap = pmap;
1174         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
1175         ipi_all_but_self(vector);
1176         while (smp_tlb_wait < ncpu)
1177                 ia32_pause();
1178         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
1179 }
1180
1181 static void
1182 smp_targeted_tlb_shootdown(cpuset_t mask, u_int vector, pmap_t pmap,
1183     vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1184 {
1185         int cpu, ncpu, othercpus;
1186
1187         othercpus = mp_ncpus - 1;
1188         if (CPU_ISFULLSET(&mask)) {
1189                 if (othercpus < 1)
1190                         return;
1191         } else {
1192                 CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &mask);
1193                 if (CPU_EMPTY(&mask))
1194                         return;
1195         }
1196         if (!(read_rflags() & PSL_I))
1197                 panic("%s: interrupts disabled", __func__);
1198         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
1199         smp_tlb_invpcid.addr = addr1;
1200         if (pmap == NULL) {
1201                 smp_tlb_invpcid.pcid = 0;
1202         } else {
1203                 smp_tlb_invpcid.pcid = pmap->pm_pcid;
1204                 pcid_cr3 = pmap->pm_cr3;
1205         }
1206         smp_tlb_addr2 = addr2;
1207         smp_tlb_pmap = pmap;
1208         atomic_store_rel_int(&smp_tlb_wait, 0);
1209         if (CPU_ISFULLSET(&mask)) {
1210                 ncpu = othercpus;
1211                 ipi_all_but_self(vector);
1212         } else {
1213                 ncpu = 0;
1214                 while ((cpu = CPU_FFS(&mask)) != 0) {
1215                         cpu--;
1216                         CPU_CLR(cpu, &mask);
1217                         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__,
1218                             cpu, vector);
1219                         ipi_send_cpu(cpu, vector);
1220                         ncpu++;
1221                 }
1222         }
1223         while (smp_tlb_wait < ncpu)
1224                 ia32_pause();
1225         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
1226 }
1227
1228 void
1229 smp_cache_flush(void)
1230 {
1231
1232         if (smp_started)
1233                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLCACHE, NULL, 0, 0);
1234 }
1235
1236 void
1237 smp_invltlb(pmap_t pmap)
1238 {
1239
1240         if (smp_started) {
1241                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLTLB, pmap, 0, 0);
1242 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1243                 ipi_global++;
1244 #endif
1245         }
1246 }
1247
1248 void
1249 smp_invlpg(pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
1250 {
1251
1252         if (smp_started) {
1253                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLPG, pmap, addr, 0);
1254 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1255                 ipi_page++;
1256 #endif
1257         }
1258 }
1259
1260 void
1261 smp_invlpg_range(pmap_t pmap, vm_offset_t addr1, vm_offset_t addr2)
1262 {
1263
1264         if (smp_started) {
1265                 smp_tlb_shootdown(IPI_INVLRNG, pmap, addr1, addr2);
1266 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1267                 ipi_range++;
1268                 ipi_range_size += (addr2 - addr1) / PAGE_SIZE;
1269 #endif
1270         }
1271 }
1272
1273 void
1274 smp_masked_invltlb(cpuset_t mask, pmap_t pmap)
1275 {
1276
1277         if (smp_started) {
1278                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLTLB, pmap, 0, 0);
1279 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1280                 ipi_masked_global++;
1281 #endif
1282         }
1283 }
1284
1285 void
1286 smp_masked_invlpg(cpuset_t mask, pmap_t pmap, vm_offset_t addr)
1287 {
1288
1289         if (smp_started) {
1290                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLPG, pmap, addr, 0);
1291 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1292                 ipi_masked_page++;
1293 #endif
1294         }
1295 }
1296
1297 void
1298 smp_masked_invlpg_range(cpuset_t mask, pmap_t pmap, vm_offset_t addr1,
1299     vm_offset_t addr2)
1300 {
1301
1302         if (smp_started) {
1303                 smp_targeted_tlb_shootdown(mask, IPI_INVLRNG, pmap, addr1,
1304                     addr2);
1305 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1306                 ipi_masked_range++;
1307                 ipi_masked_range_size += (addr2 - addr1) / PAGE_SIZE;
1308 #endif
1309         }
1310 }
1311
1312 void
1313 ipi_bitmap_handler(struct trapframe frame)
1314 {
1315         struct trapframe *oldframe;
1316         struct thread *td;
1317         int cpu = PCPU_GET(cpuid);
1318         u_int ipi_bitmap;
1319
1320         critical_enter();
1321         td = curthread;
1322         td->td_intr_nesting_level++;
1323         oldframe = td->td_intr_frame;
1324         td->td_intr_frame = &frame;
1325         ipi_bitmap = atomic_readandclear_int(&cpu_ipi_pending[cpu]);
1326         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_PREEMPT)) {
1327 #ifdef COUNT_IPIS
1328                 (*ipi_preempt_counts[cpu])++;
1329 #endif
1330                 sched_preempt(td);
1331         }
1332         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_AST)) {
1333 #ifdef COUNT_IPIS
1334                 (*ipi_ast_counts[cpu])++;
1335 #endif
1336                 /* Nothing to do for AST */
1337         }
1338         if (ipi_bitmap & (1 << IPI_HARDCLOCK)) {
1339 #ifdef COUNT_IPIS
1340                 (*ipi_hardclock_counts[cpu])++;
1341 #endif
1342                 hardclockintr();
1343         }
1344         td->td_intr_frame = oldframe;
1345         td->td_intr_nesting_level--;
1346         critical_exit();
1347 }
1348
1349 /*
1350  * send an IPI to a set of cpus.
1351  */
1352 void
1353 ipi_selected(cpuset_t cpus, u_int ipi)
1354 {
1355         int cpu;
1356
1357         /*
1358          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1359          * of help in order to understand what is the source.
1360          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1361          */
1362         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1363                 CPU_OR_ATOMIC(&ipi_nmi_pending, &cpus);
1364
1365         while ((cpu = CPU_FFS(&cpus)) != 0) {
1366                 cpu--;
1367                 CPU_CLR(cpu, &cpus);
1368                 CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu, ipi);
1369                 ipi_send_cpu(cpu, ipi);
1370         }
1371 }
1372
1373 /*
1374  * send an IPI to a specific CPU.
1375  */
1376 void
1377 ipi_cpu(int cpu, u_int ipi)
1378 {
1379
1380         /*
1381          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1382          * of help in order to understand what is the source.
1383          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1384          */
1385         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1386                 CPU_SET_ATOMIC(cpu, &ipi_nmi_pending);
1387
1388         CTR3(KTR_SMP, "%s: cpu: %d ipi: %x", __func__, cpu, ipi);
1389         ipi_send_cpu(cpu, ipi);
1390 }
1391
1392 /*
1393  * send an IPI to all CPUs EXCEPT myself
1394  */
1395 void
1396 ipi_all_but_self(u_int ipi)
1397 {
1398         cpuset_t other_cpus;
1399
1400         other_cpus = all_cpus;
1401         CPU_CLR(PCPU_GET(cpuid), &other_cpus);
1402
1403         if (IPI_IS_BITMAPED(ipi)) {
1404                 ipi_selected(other_cpus, ipi);
1405                 return;
1406         }
1407
1408         /*
1409          * IPI_STOP_HARD maps to a NMI and the trap handler needs a bit
1410          * of help in order to understand what is the source.
1411          * Set the mask of receiving CPUs for this purpose.
1412          */
1413         if (ipi == IPI_STOP_HARD)
1414                 CPU_OR_ATOMIC(&ipi_nmi_pending, &other_cpus);
1415
1416         CTR2(KTR_SMP, "%s: ipi: %x", __func__, ipi);
1417         cpu_ops.ipi_vectored(ipi, APIC_IPI_DEST_OTHERS);
1418 }
1419
1420 int
1421 ipi_nmi_handler()
1422 {
1423         u_int cpuid;
1424
1425         /*
1426          * As long as there is not a simple way to know about a NMI's
1427          * source, if the bitmask for the current CPU is present in
1428          * the global pending bitword an IPI_STOP_HARD has been issued
1429          * and should be handled.
1430          */
1431         cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1432         if (!CPU_ISSET(cpuid, &ipi_nmi_pending))
1433                 return (1);
1434
1435         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &ipi_nmi_pending);
1436         cpustop_handler();
1437         return (0);
1438 }
1439
1440 /*
1441  * Handle an IPI_STOP by saving our current context and spinning until we
1442  * are resumed.
1443  */
1444 void
1445 cpustop_handler(void)
1446 {
1447         u_int cpu;
1448
1449         cpu = PCPU_GET(cpuid);
1450
1451         savectx(&stoppcbs[cpu]);
1452
1453         /* Indicate that we are stopped */
1454         CPU_SET_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
1455
1456         /* Wait for restart */
1457         while (!CPU_ISSET(cpu, &started_cpus))
1458             ia32_pause();
1459
1460         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &started_cpus);
1461         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &stopped_cpus);
1462
1463 #ifdef DDB
1464         amd64_db_resume_dbreg();
1465 #endif
1466
1467         if (cpu == 0 && cpustop_restartfunc != NULL) {
1468                 cpustop_restartfunc();
1469                 cpustop_restartfunc = NULL;
1470         }
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Handle an IPI_SUSPEND by saving our current context and spinning until we
1475  * are resumed.
1476  */
1477 void
1478 cpususpend_handler(void)
1479 {
1480         u_int cpu;
1481
1482         mtx_assert(&smp_ipi_mtx, MA_NOTOWNED);
1483
1484         cpu = PCPU_GET(cpuid);
1485         if (savectx(&susppcbs[cpu]->sp_pcb)) {
1486                 fpususpend(susppcbs[cpu]->sp_fpususpend);
1487                 wbinvd();
1488                 CPU_SET_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1489         } else {
1490                 fpuresume(susppcbs[cpu]->sp_fpususpend);
1491                 pmap_init_pat();
1492                 initializecpu();
1493                 PCPU_SET(switchtime, 0);
1494                 PCPU_SET(switchticks, ticks);
1495
1496                 /* Indicate that we are resumed */
1497                 CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1498         }
1499
1500         /* Wait for resume */
1501         while (!CPU_ISSET(cpu, &started_cpus))
1502                 ia32_pause();
1503
1504         if (cpu_ops.cpu_resume)
1505                 cpu_ops.cpu_resume();
1506         if (vmm_resume_p)
1507                 vmm_resume_p();
1508
1509         /* Resume MCA and local APIC */
1510         mca_resume();
1511         lapic_setup(0);
1512
1513         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &started_cpus);
1514         /* Indicate that we are resumed */
1515         CPU_CLR_ATOMIC(cpu, &suspended_cpus);
1516 }
1517
1518 /*
1519  * Handlers for TLB related IPIs
1520  */
1521 void
1522 invltlb_handler(void)
1523 {
1524 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1525         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
1526 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1527 #ifdef COUNT_IPIS
1528         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1529 #endif /* COUNT_IPIS */
1530
1531         invltlb();
1532         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1533 }
1534
1535 void
1536 invltlb_pcid_handler(void)
1537 {
1538         uint64_t cr3;
1539         u_int cpuid;
1540 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1541         xhits_gbl[PCPU_GET(cpuid)]++;
1542 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1543 #ifdef COUNT_IPIS
1544         (*ipi_invltlb_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1545 #endif /* COUNT_IPIS */
1546
1547         if (smp_tlb_invpcid.pcid != (uint64_t)-1 &&
1548             smp_tlb_invpcid.pcid != 0) {
1549                 if (invpcid_works) {
1550                         invpcid(&smp_tlb_invpcid, INVPCID_CTX);
1551                 } else {
1552                         /* Otherwise reload %cr3 twice. */
1553                         cr3 = rcr3();
1554                         if (cr3 != pcid_cr3) {
1555                                 load_cr3(pcid_cr3);
1556                                 cr3 |= CR3_PCID_SAVE;
1557                         }
1558                         load_cr3(cr3);
1559                 }
1560         } else {
1561                 invltlb_globpcid();
1562         }
1563         if (smp_tlb_pmap != NULL) {
1564                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1565                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &smp_tlb_pmap->pm_active))
1566                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid, &smp_tlb_pmap->pm_save);
1567         }
1568
1569         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1570 }
1571
1572 void
1573 invlpg_handler(void)
1574 {
1575 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1576         xhits_pg[PCPU_GET(cpuid)]++;
1577 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1578 #ifdef COUNT_IPIS
1579         (*ipi_invlpg_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1580 #endif /* COUNT_IPIS */
1581
1582         invlpg(smp_tlb_invpcid.addr);
1583         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1584 }
1585
1586 void
1587 invlpg_pcid_handler(void)
1588 {
1589         uint64_t cr3;
1590 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1591         xhits_pg[PCPU_GET(cpuid)]++;
1592 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1593 #ifdef COUNT_IPIS
1594         (*ipi_invlpg_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1595 #endif /* COUNT_IPIS */
1596
1597         if (smp_tlb_invpcid.pcid == (uint64_t)-1) {
1598                 invltlb_globpcid();
1599         } else if (smp_tlb_invpcid.pcid == 0) {
1600                 invlpg(smp_tlb_invpcid.addr);
1601         } else if (invpcid_works) {
1602                 invpcid(&smp_tlb_invpcid, INVPCID_ADDR);
1603         } else {
1604                 /*
1605                  * PCID supported, but INVPCID is not.
1606                  * Temporarily switch to the target address
1607                  * space and do INVLPG.
1608                  */
1609                 cr3 = rcr3();
1610                 if (cr3 != pcid_cr3)
1611                         load_cr3(pcid_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1612                 invlpg(smp_tlb_invpcid.addr);
1613                 load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1614         }
1615
1616         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1617 }
1618
1619 static inline void
1620 invlpg_range(vm_offset_t start, vm_offset_t end)
1621 {
1622
1623         do {
1624                 invlpg(start);
1625                 start += PAGE_SIZE;
1626         } while (start < end);
1627 }
1628
1629 void
1630 invlrng_handler(void)
1631 {
1632         struct invpcid_descr d;
1633         vm_offset_t addr;
1634         uint64_t cr3;
1635         u_int cpuid;
1636 #ifdef COUNT_XINVLTLB_HITS
1637         xhits_rng[PCPU_GET(cpuid)]++;
1638 #endif /* COUNT_XINVLTLB_HITS */
1639 #ifdef COUNT_IPIS
1640         (*ipi_invlrng_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1641 #endif /* COUNT_IPIS */
1642
1643         addr = smp_tlb_invpcid.addr;
1644         if (pmap_pcid_enabled) {
1645                 if (smp_tlb_invpcid.pcid == 0) {
1646                         /*
1647                          * kernel pmap - use invlpg to invalidate
1648                          * global mapping.
1649                          */
1650                         invlpg_range(addr, smp_tlb_addr2);
1651                 } else if (smp_tlb_invpcid.pcid == (uint64_t)-1) {
1652                         invltlb_globpcid();
1653                         if (smp_tlb_pmap != NULL) {
1654                                 cpuid = PCPU_GET(cpuid);
1655                                 if (!CPU_ISSET(cpuid, &smp_tlb_pmap->pm_active))
1656                                         CPU_CLR_ATOMIC(cpuid,
1657                                             &smp_tlb_pmap->pm_save);
1658                         }
1659                 } else if (invpcid_works) {
1660                         d = smp_tlb_invpcid;
1661                         do {
1662                                 invpcid(&d, INVPCID_ADDR);
1663                                 d.addr += PAGE_SIZE;
1664                         } while (d.addr <= smp_tlb_addr2);
1665                 } else {
1666                         cr3 = rcr3();
1667                         if (cr3 != pcid_cr3)
1668                                 load_cr3(pcid_cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1669                         invlpg_range(addr, smp_tlb_addr2);
1670                         load_cr3(cr3 | CR3_PCID_SAVE);
1671                 }
1672         } else {
1673                 invlpg_range(addr, smp_tlb_addr2);
1674         }
1675
1676         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1677 }
1678
1679 void
1680 invlcache_handler(void)
1681 {
1682 #ifdef COUNT_IPIS
1683         (*ipi_invlcache_counts[PCPU_GET(cpuid)])++;
1684 #endif /* COUNT_IPIS */
1685
1686         wbinvd();
1687         atomic_add_int(&smp_tlb_wait, 1);
1688 }
1689
1690 /*
1691  * This is called once the rest of the system is up and running and we're
1692  * ready to let the AP's out of the pen.
1693  */
1694 static void
1695 release_aps(void *dummy __unused)
1696 {
1697
1698         if (mp_ncpus == 1)
1699                 return;
1700         atomic_store_rel_int(&aps_ready, 1);
1701         while (smp_started == 0)
1702                 ia32_pause();
1703 }
1704 SYSINIT(start_aps, SI_SUB_SMP, SI_ORDER_FIRST, release_aps, NULL);
1705
1706 #ifdef COUNT_IPIS
1707 /*
1708  * Setup interrupt counters for IPI handlers.
1709  */
1710 static void
1711 mp_ipi_intrcnt(void *dummy)
1712 {
1713         char buf[64];
1714         int i;
1715
1716         CPU_FOREACH(i) {
1717                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invltlb", i);
1718                 intrcnt_add(buf, &ipi_invltlb_counts[i]);
1719                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlrng", i);
1720                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlrng_counts[i]);
1721                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlpg", i);
1722                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlpg_counts[i]);
1723                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:invlcache", i);
1724                 intrcnt_add(buf, &ipi_invlcache_counts[i]);
1725                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:preempt", i);
1726                 intrcnt_add(buf, &ipi_preempt_counts[i]);
1727                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:ast", i);
1728                 intrcnt_add(buf, &ipi_ast_counts[i]);
1729                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:rendezvous", i);
1730                 intrcnt_add(buf, &ipi_rendezvous_counts[i]);
1731                 snprintf(buf, sizeof(buf), "cpu%d:hardclock", i);
1732                 intrcnt_add(buf, &ipi_hardclock_counts[i]);
1733         }
1734 }
1735 SYSINIT(mp_ipi_intrcnt, SI_SUB_INTR, SI_ORDER_MIDDLE, mp_ipi_intrcnt, NULL);
1736 #endif
1737