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         testq   %rdi,%rdi
  73         jnz     1f
  74         movq    PCPU(IDLETHREAD),%rdi
  75 1:
  76         movq    TD_PCB(%rdi),%r8                /* Old pcb */
  77         movl    PCPU(CPUID), %eax
  78         movq    PCB_FSBASE(%r8),%r9
  79         movq    PCB_GSBASE(%r8),%r10
  80         /* release bit from old pm_active */
  81         movq    TD_PROC(%rdi), %rdx             /* oldtd->td_proc */
  82         movq    P_VMSPACE(%rdx), %rdx           /* proc->p_vmspace */
  83         LK btrl %eax, VM_PMAP+PM_ACTIVE(%rdx)   /* clear old */
  84         movq    TD_PCB(%rsi),%r8                /* newtd->td_proc */
  85         movq    PCB_CR3(%r8),%rdx
  86         movq    %rdx,%cr3                       /* new address space */
  87         jmp     swact
  88 END(cpu_throw)
  89
  90 /*
  91  * cpu_switch(old, new, mtx)
  92  *
  93  * Save the current thread state, then select the next thread to run
  94  * and load its state.
  95  * %rdi = oldtd
  96  * %rsi = newtd
  97  * %rdx = mtx
  98  */
  99 ENTRY(cpu_switch)
 100         /* Switch to new thread.  First, save context. */
 101         movq    TD_PCB(%rdi),%r8
 102
 103         movq    (%rsp),%rax                     /* Hardware registers */
 104         movq    %r15,PCB_R15(%r8)
 105         movq    %r14,PCB_R14(%r8)
 106         movq    %r13,PCB_R13(%r8)
 107         movq    %r12,PCB_R12(%r8)
 108         movq    %rbp,PCB_RBP(%r8)
 109         movq    %rsp,PCB_RSP(%r8)
 110         movq    %rbx,PCB_RBX(%r8)
 111         movq    %rax,PCB_RIP(%r8)
 112
 113         /*
 114          * Reread fs and gs bases. Explicit fs segment register load
 115          * by the usermode code may change actual fs base without
 116          * updating pcb_{fs,gs}base.
 117          *
 118          * %rdx still contains the mtx, save %rdx around rdmsr.
 119          */
 120         movq    %rdx,%r11
 121         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 122         rdmsr
 123         shlq    $32,%rdx
 124         leaq    (%rax,%rdx),%r9
 125         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 126         rdmsr
 127         shlq    $32,%rdx
 128         leaq    (%rax,%rdx),%r10
 129         movq    %r11,%rdx
 130
 131         testl   $PCB_32BIT,PCB_FLAGS(%r8)
 132         jnz     store_seg
 133 done_store_seg:
 134
 135         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 136         jnz     store_dr                        /* static predict not taken */
 137 done_store_dr:
 138
 139         /* have we used fp, and need a save? */
 140         cmpq    %rdi,PCPU(FPCURTHREAD)
 141         jne     1f
 142         addq    $PCB_SAVEFPU,%r8
 143         clts
 144         fxsave  (%r8)
 145         smsw    %ax
 146         orb     $CR0_TS,%al
 147         lmsw    %ax
 148         xorl    %eax,%eax
 149         movq    %rax,PCPU(FPCURTHREAD)
 150 1:
 151
 152         /* Save is done.  Now fire up new thread. Leave old vmspace. */
 153         movq    TD_PCB(%rsi),%r8
 154
 155         /* switch address space */
 156         movq    PCB_CR3(%r8),%rcx
 157         movq    %cr3,%rax
 158         cmpq    %rcx,%rax                       /* Same address space? */
 159         jne     swinact
 160         SETLK   %rdx, TD_LOCK(%rdi)             /* Release the old thread */
 161         jmp     sw1
 162 swinact:
 163         movq    %rcx,%cr3                       /* new address space */
 164         movl    PCPU(CPUID), %eax
 165         /* Release bit from old pmap->pm_active */
 166         movq    TD_PROC(%rdi), %rcx             /* oldproc */
 167         movq    P_VMSPACE(%rcx), %rcx
 168         LK btrl %eax, VM_PMAP+PM_ACTIVE(%rcx)   /* clear old */
 169         SETLK   %rdx, TD_LOCK(%rdi)             /* Release the old thread */
 170 swact:
 171         /* Set bit in new pmap->pm_active */
 172         movq    TD_PROC(%rsi),%rdx              /* newproc */
 173         movq    P_VMSPACE(%rdx), %rdx
 174         LK btsl %eax, VM_PMAP+PM_ACTIVE(%rdx)   /* set new */
 175
 176 sw1:
 177 #if defined(SCHED_ULE) && defined(SMP)
 178         /* Wait for the new thread to become unblocked */
 179         movq    $blocked_lock, %rdx
 180 1:
 181         movq    TD_LOCK(%rsi),%rcx
 182         cmpq    %rcx, %rdx
 183         pause
 184         je      1b
 185 #endif
 186         /*
 187          * At this point, we've switched address spaces and are ready
 188          * to load up the rest of the next context.
 189          */
 190
 191         /* Skip loading user fsbase/gsbase for kthreads */
 192         movq    TD_PROC(%rsi),%rdx
 193         testl   $P_KTHREAD,P_FLAG(%rdx)
 194         jnz     do_kthread
 195         testl   $PCB_32BIT,PCB_FLAGS(%r8)
 196         jnz     load_seg
 197 done_load_seg:
 198
 199         cmpq    PCB_FSBASE(%r8),%r9
 200         jz      1f
 201         /* Restore userland %fs */
 202 restore_fsbase:
 203         movl    $MSR_FSBASE,%ecx
 204         movl    PCB_FSBASE(%r8),%eax
 205         movl    PCB_FSBASE+4(%r8),%edx
 206         wrmsr
 207 1:
 208         cmpq    PCB_GSBASE(%r8),%r10
 209         jz      2f
 210         /* Restore userland %gs */
 211         movl    $MSR_KGSBASE,%ecx
 212         movl    PCB_GSBASE(%r8),%eax
 213         movl    PCB_GSBASE+4(%r8),%edx
 214         wrmsr
 215 2:
 216
 217 do_tss:
 218         /* Update the TSS_RSP0 pointer for the next interrupt */
 219         movq    PCPU(TSSP), %rax
 220         movq    %r8, PCPU(RSP0)
 221         movq    %r8, PCPU(CURPCB)
 222         addq    $COMMON_TSS_RSP0, %rax
 223         movq    %rsi, PCPU(CURTHREAD)           /* into next thread */
 224         movq    %r8, (%rax)
 225
 226         /* Test if debug registers should be restored. */
 227         testl   $PCB_DBREGS,PCB_FLAGS(%r8)
 228         jnz     load_dr                         /* static predict not taken */
 229 done_load_dr:
 230
 231         /* Restore context. */
 232         movq    PCB_R15(%r8),%r15
 233         movq    PCB_R14(%r8),%r14
 234         movq    PCB_R13(%r8),%r13
 235         movq    PCB_R12(%r8),%r12
 236         movq    PCB_RBP(%r8),%rbp
 237         movq    PCB_RSP(%r8),%rsp
 238         movq    PCB_RBX(%r8),%rbx
 239         movq    PCB_RIP(%r8),%rax
 240         movq    %rax,(%rsp)
 241         ret
 242
 243         /*
 244          * We order these strangely for several reasons.
 245          * 1: I wanted to use static branch prediction hints
 246          * 2: Most athlon64/opteron cpus don't have them.  They define
 247          *    a forward branch as 'predict not taken'.  Intel cores have
 248          *    the 'rep' prefix to invert this.
 249          * So, to make it work on both forms of cpu we do the detour.
 250          * We use jumps rather than call in order to avoid the stack.
 251          */
 252
 253 do_kthread:
 254         /*
 255          * Copy old fs/gsbase to new kthread pcb for future switches
 256          * This maintains curpcb->pcb_[fg]sbase as caches of the MSR
 257          */
 258         movq    %r9,PCB_FSBASE(%r8)
 259         movq    %r10,PCB_GSBASE(%r8)
 260         jmp     do_tss
 261
 262 store_seg:
 263         movl    %gs,PCB_GS(%r8)
 264         testl   $PCB_GS32BIT,PCB_FLAGS(%r8)
 265         jnz     2f
 266 1:      movl    %ds,PCB_DS(%r8)
 267         movl    %es,PCB_ES(%r8)
 268         movl    %fs,PCB_FS(%r8)
 269         jmp     done_store_seg
 270 2:      movq    PCPU(GS32P),%rax
 271         movq    (%rax),%rax
 272         movq    %rax,PCB_GS32SD(%r8)
 273         jmp     1b
 274
 275 load_seg:
 276         testl   $PCB_GS32BIT,PCB_FLAGS(%r8)
 277         jnz     2f
 278 1:      movl    $MSR_GSBASE,%ecx
 279         rdmsr
 280         movl    PCB_GS(%r8),%gs
 281         wrmsr
 282         movl    PCB_DS(%r8),%ds
 283         movl    PCB_ES(%r8),%es
 284         movl    PCB_FS(%r8),%fs
 285         jmp     restore_fsbase
 286         /* Restore userland %gs while preserving kernel gsbase */
 287 2:      movq    PCPU(GS32P),%rax
 288         movq    PCB_GS32SD(%r8),%rcx
 289         movq    %rcx,(%rax)
 290         jmp     1b
 291
 292 store_dr:
 293         movq    %dr7,%rax                       /* yes, do the save */
 294         movq    %dr0,%r15
 295         movq    %dr1,%r14
 296         movq    %dr2,%r13
 297         movq    %dr3,%r12
 298         movq    %dr6,%r11
 299         andq    $0x0000fc00, %rax               /* disable all watchpoints */
 300         movq    %r15,PCB_DR0(%r8)
 301         movq    %r14,PCB_DR1(%r8)
 302         movq    %r13,PCB_DR2(%r8)
 303         movq    %r12,PCB_DR3(%r8)
 304         movq    %r11,PCB_DR6(%r8)
 305         movq    %rax,PCB_DR7(%r8)
 306         movq    %rax,%dr7
 307         jmp     done_store_dr
 308
 309 load_dr:
 310         movq    %dr7,%rax
 311         movq    PCB_DR0(%r8),%r15
 312         movq    PCB_DR1(%r8),%r14
 313         movq    PCB_DR2(%r8),%r13
 314         movq    PCB_DR3(%r8),%r12
 315         movq    PCB_DR6(%r8),%r11
 316         movq    PCB_DR7(%r8),%rcx
 317         movq    %r15,%dr0
 318         movq    %r14,%dr1
 319         /* Preserve reserved bits in %dr7 */
 320         andq    $0x0000fc00,%rax
 321         andq    $~0x0000fc00,%rcx
 322         movq    %r13,%dr2
 323         movq    %r12,%dr3
 324         orq     %rcx,%rax
 325         movq    %r11,%dr6
 326         movq    %rax,%dr7
 327         jmp     done_load_dr
 328
 329 END(cpu_switch)
 330
 331 /*
 332  * savectx(pcb)
 333  * Update pcb, saving current processor state.
 334  */
 335 ENTRY(savectx)
 336         /* Fetch PCB. */
 337         movq    %rdi,%rcx
 338
 339         /* Save caller's return address. */
 340         movq    (%rsp),%rax
 341         movq    %rax,PCB_RIP(%rcx)
 342
 343         movq    %cr3,%rax
 344         movq    %rax,PCB_CR3(%rcx)
 345
 346         movq    %rbx,PCB_RBX(%rcx)
 347         movq    %rsp,PCB_RSP(%rcx)
 348         movq    %rbp,PCB_RBP(%rcx)
 349         movq    %r12,PCB_R12(%rcx)
 350         movq    %r13,PCB_R13(%rcx)
 351         movq    %r14,PCB_R14(%rcx)
 352         movq    %r15,PCB_R15(%rcx)
 353
 354         /*
 355          * If fpcurthread == NULL, then the fpu h/w state is irrelevant and the
 356          * state had better already be in the pcb.  This is true for forks
 357          * but not for dumps (the old book-keeping with FP flags in the pcb
 358          * always lost for dumps because the dump pcb has 0 flags).
 359          *
 360          * If fpcurthread != NULL, then we have to save the fpu h/w state to
 361          * fpcurthread's pcb and copy it to the requested pcb, or save to the
 362          * requested pcb and reload.  Copying is easier because we would
 363          * have to handle h/w bugs for reloading.  We used to lose the
 364          * parent's fpu state for forks by forgetting to reload.
 365          */
 366         pushfq
 367         cli
 368         movq    PCPU(FPCURTHREAD),%rax
 369         testq   %rax,%rax
 370         je      1f
 371
 372         movq    TD_PCB(%rax),%rdi
 373         leaq    PCB_SAVEFPU(%rdi),%rdi
 374         clts
 375         fxsave  (%rdi)
 376         smsw    %ax
 377         orb     $CR0_TS,%al
 378         lmsw    %ax
 379
 380         movq    $PCB_SAVEFPU_SIZE,%rdx  /* arg 3 */
 381         leaq    PCB_SAVEFPU(%rcx),%rsi  /* arg 2 */
 382         /* arg 1 (%rdi) already loaded */
 383         call    bcopy
 384 1:
 385         popfq
 386
 387         ret
 388 END(savectx)