]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/8.git/blob - sys/kern/subr_smp.c
MFC r196196:
[FreeBSD/stable/8.git] / sys / kern / subr_smp.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2001, John Baldwin <jhb@FreeBSD.org>.
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
13  * 3. Neither the name of the author nor the names of any co-contributors
14  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
15  *    without specific prior written permission.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
18  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
19  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
20  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
21  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
22  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
23  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
24  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
25  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
26  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
27  * SUCH DAMAGE.
28  */
29
30 /*
31  * This module holds the global variables and machine independent functions
32  * used for the kernel SMP support.
33  */
34
35 #include <sys/cdefs.h>
36 __FBSDID("$FreeBSD$");
37
38 #include <sys/param.h>
39 #include <sys/systm.h>
40 #include <sys/kernel.h>
41 #include <sys/ktr.h>
42 #include <sys/proc.h>
43 #include <sys/bus.h>
44 #include <sys/lock.h>
45 #include <sys/mutex.h>
46 #include <sys/pcpu.h>
47 #include <sys/smp.h>
48 #include <sys/sysctl.h>
49
50 #include <machine/cpu.h>
51 #include <machine/smp.h>
52
53 #include "opt_sched.h"
54
55 #ifdef SMP
56 volatile cpumask_t stopped_cpus;
57 volatile cpumask_t started_cpus;
58 cpumask_t idle_cpus_mask;
59 cpumask_t hlt_cpus_mask;
60 cpumask_t logical_cpus_mask;
61
62 void (*cpustop_restartfunc)(void);
63 #endif
64 /* This is used in modules that need to work in both SMP and UP. */
65 cpumask_t all_cpus;
66
67 int mp_ncpus;
68 /* export this for libkvm consumers. */
69 int mp_maxcpus = MAXCPU;
70
71 volatile int smp_started;
72 u_int mp_maxid;
73
74 SYSCTL_NODE(_kern, OID_AUTO, smp, CTLFLAG_RD, NULL, "Kernel SMP");
75
76 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, maxid, CTLFLAG_RD, &mp_maxid, 0,
77     "Max CPU ID.");
78
79 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, maxcpus, CTLFLAG_RD, &mp_maxcpus, 0,
80     "Max number of CPUs that the system was compiled for.");
81
82 int smp_active = 0;     /* are the APs allowed to run? */
83 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, active, CTLFLAG_RW, &smp_active, 0,
84     "Number of Auxillary Processors (APs) that were successfully started");
85
86 int smp_disabled = 0;   /* has smp been disabled? */
87 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, disabled, CTLFLAG_RDTUN, &smp_disabled, 0,
88     "SMP has been disabled from the loader");
89 TUNABLE_INT("kern.smp.disabled", &smp_disabled);
90
91 int smp_cpus = 1;       /* how many cpu's running */
92 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, cpus, CTLFLAG_RD, &smp_cpus, 0,
93     "Number of CPUs online");
94
95 int smp_topology = 0;   /* Which topology we're using. */
96 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, topology, CTLFLAG_RD, &smp_topology, 0,
97     "Topology override setting; 0 is default provided by hardware.");
98 TUNABLE_INT("kern.smp.topology", &smp_topology);
99
100 #ifdef SMP
101 /* Enable forwarding of a signal to a process running on a different CPU */
102 static int forward_signal_enabled = 1;
103 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, forward_signal_enabled, CTLFLAG_RW,
104            &forward_signal_enabled, 0,
105            "Forwarding of a signal to a process on a different CPU");
106
107 /* Enable forwarding of roundrobin to all other cpus */
108 static int forward_roundrobin_enabled = 1;
109 SYSCTL_INT(_kern_smp, OID_AUTO, forward_roundrobin_enabled, CTLFLAG_RW,
110            &forward_roundrobin_enabled, 0,
111            "Forwarding of roundrobin to all other CPUs");
112
113 /* Variables needed for SMP rendezvous. */
114 static volatile int smp_rv_ncpus;
115 static void (*volatile smp_rv_setup_func)(void *arg);
116 static void (*volatile smp_rv_action_func)(void *arg);
117 static void (*volatile smp_rv_teardown_func)(void *arg);
118 static void *volatile smp_rv_func_arg;
119 static volatile int smp_rv_waiters[3];
120
121 /* 
122  * Shared mutex to restrict busywaits between smp_rendezvous() and
123  * smp(_targeted)_tlb_shootdown().  A deadlock occurs if both of these
124  * functions trigger at once and cause multiple CPUs to busywait with
125  * interrupts disabled. 
126  */
127 struct mtx smp_ipi_mtx;
128
129 /*
130  * Let the MD SMP code initialize mp_maxid very early if it can.
131  */
132 static void
133 mp_setmaxid(void *dummy)
134 {
135         cpu_mp_setmaxid();
136 }
137 SYSINIT(cpu_mp_setmaxid, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_FIRST, mp_setmaxid, NULL);
138
139 /*
140  * Call the MD SMP initialization code.
141  */
142 static void
143 mp_start(void *dummy)
144 {
145
146         /* Probe for MP hardware. */
147         if (smp_disabled != 0 || cpu_mp_probe() == 0) {
148                 mp_ncpus = 1;
149                 all_cpus = PCPU_GET(cpumask);
150                 return;
151         }
152
153         mtx_init(&smp_ipi_mtx, "smp rendezvous", NULL, MTX_SPIN);
154         cpu_mp_start();
155         printf("FreeBSD/SMP: Multiprocessor System Detected: %d CPUs\n",
156             mp_ncpus);
157         cpu_mp_announce();
158 }
159 SYSINIT(cpu_mp, SI_SUB_CPU, SI_ORDER_THIRD, mp_start, NULL);
160
161 void
162 forward_signal(struct thread *td)
163 {
164         int id;
165
166         /*
167          * signotify() has already set TDF_ASTPENDING and TDF_NEEDSIGCHECK on
168          * this thread, so all we need to do is poke it if it is currently
169          * executing so that it executes ast().
170          */
171         THREAD_LOCK_ASSERT(td, MA_OWNED);
172         KASSERT(TD_IS_RUNNING(td),
173             ("forward_signal: thread is not TDS_RUNNING"));
174
175         CTR1(KTR_SMP, "forward_signal(%p)", td->td_proc);
176
177         if (!smp_started || cold || panicstr)
178                 return;
179         if (!forward_signal_enabled)
180                 return;
181
182         /* No need to IPI ourself. */
183         if (td == curthread)
184                 return;
185
186         id = td->td_oncpu;
187         if (id == NOCPU)
188                 return;
189         ipi_selected(1 << id, IPI_AST);
190 }
191
192 void
193 forward_roundrobin(void)
194 {
195         struct pcpu *pc;
196         struct thread *td;
197         cpumask_t id, map, me;
198
199         CTR0(KTR_SMP, "forward_roundrobin()");
200
201         if (!smp_started || cold || panicstr)
202                 return;
203         if (!forward_roundrobin_enabled)
204                 return;
205         map = 0;
206         me = PCPU_GET(cpumask);
207         SLIST_FOREACH(pc, &cpuhead, pc_allcpu) {
208                 td = pc->pc_curthread;
209                 id = pc->pc_cpumask;
210                 if (id != me && (id & stopped_cpus) == 0 &&
211                     !TD_IS_IDLETHREAD(td)) {
212                         td->td_flags |= TDF_NEEDRESCHED;
213                         map |= id;
214                 }
215         }
216         ipi_selected(map, IPI_AST);
217 }
218
219 /*
220  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
221  *  requesting that they halt execution.
222  *
223  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
224  *
225  *  - Signals all CPUs in map to stop.
226  *  - Waits for each to stop.
227  *
228  * Returns:
229  *  -1: error
230  *   0: NA
231  *   1: ok
232  *
233  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
234  *            from executing at same time.
235  */
236 static int
237 generic_stop_cpus(cpumask_t map, u_int type)
238 {
239         int i;
240
241         KASSERT(type == IPI_STOP || type == IPI_STOP_HARD,
242             ("%s: invalid stop type", __func__));
243
244         if (!smp_started)
245                 return 0;
246
247         CTR2(KTR_SMP, "stop_cpus(%x) with %u type", map, type);
248
249         /* send the stop IPI to all CPUs in map */
250         ipi_selected(map, type);
251
252         i = 0;
253         while ((stopped_cpus & map) != map) {
254                 /* spin */
255                 cpu_spinwait();
256                 i++;
257 #ifdef DIAGNOSTIC
258                 if (i == 100000) {
259                         printf("timeout stopping cpus\n");
260                         break;
261                 }
262 #endif
263         }
264
265         return 1;
266 }
267
268 int
269 stop_cpus(cpumask_t map)
270 {
271
272         return (generic_stop_cpus(map, IPI_STOP));
273 }
274
275 int
276 stop_cpus_hard(cpumask_t map)
277 {
278
279         return (generic_stop_cpus(map, IPI_STOP_HARD));
280 }
281
282 #if defined(__amd64__)
283 /*
284  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
285  *  requesting that they halt execution.
286  *
287  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
288  *
289  *  - Signals all CPUs in map to suspend.
290  *  - Waits for each to suspend.
291  *
292  * Returns:
293  *  -1: error
294  *   0: NA
295  *   1: ok
296  *
297  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
298  *            from executing at same time.
299  */
300 int
301 suspend_cpus(cpumask_t map)
302 {
303         int i;
304
305         if (!smp_started)
306                 return (0);
307
308         CTR1(KTR_SMP, "suspend_cpus(%x)", map);
309
310         /* send the suspend IPI to all CPUs in map */
311         ipi_selected(map, IPI_SUSPEND);
312
313         i = 0;
314         while ((stopped_cpus & map) != map) {
315                 /* spin */
316                 cpu_spinwait();
317                 i++;
318 #ifdef DIAGNOSTIC
319                 if (i == 100000) {
320                         printf("timeout suspending cpus\n");
321                         break;
322                 }
323 #endif
324         }
325
326         return (1);
327 }
328 #endif
329
330 /*
331  * Called by a CPU to restart stopped CPUs. 
332  *
333  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
334  *
335  *  - Signals all CPUs in map to restart.
336  *  - Waits for each to restart.
337  *
338  * Returns:
339  *  -1: error
340  *   0: NA
341  *   1: ok
342  */
343 int
344 restart_cpus(cpumask_t map)
345 {
346
347         if (!smp_started)
348                 return 0;
349
350         CTR1(KTR_SMP, "restart_cpus(%x)", map);
351
352         /* signal other cpus to restart */
353         atomic_store_rel_int(&started_cpus, map);
354
355         /* wait for each to clear its bit */
356         while ((stopped_cpus & map) != 0)
357                 cpu_spinwait();
358
359         return 1;
360 }
361
362 /*
363  * All-CPU rendezvous.  CPUs are signalled, all execute the setup function 
364  * (if specified), rendezvous, execute the action function (if specified),
365  * rendezvous again, execute the teardown function (if specified), and then
366  * resume.
367  *
368  * Note that the supplied external functions _must_ be reentrant and aware
369  * that they are running in parallel and in an unknown lock context.
370  */
371 void
372 smp_rendezvous_action(void)
373 {
374         void* local_func_arg = smp_rv_func_arg;
375         void (*local_setup_func)(void*)   = smp_rv_setup_func;
376         void (*local_action_func)(void*)   = smp_rv_action_func;
377         void (*local_teardown_func)(void*) = smp_rv_teardown_func;
378
379         /* Ensure we have up-to-date values. */
380         atomic_add_acq_int(&smp_rv_waiters[0], 1);
381         while (smp_rv_waiters[0] < smp_rv_ncpus)
382                 cpu_spinwait();
383
384         /* setup function */
385         if (local_setup_func != smp_no_rendevous_barrier) {
386                 if (smp_rv_setup_func != NULL)
387                         smp_rv_setup_func(smp_rv_func_arg);
388
389                 /* spin on entry rendezvous */
390                 atomic_add_int(&smp_rv_waiters[1], 1);
391                 while (smp_rv_waiters[1] < smp_rv_ncpus)
392                         cpu_spinwait();
393         }
394
395         /* action function */
396         if (local_action_func != NULL)
397                 local_action_func(local_func_arg);
398
399         /* spin on exit rendezvous */
400         atomic_add_int(&smp_rv_waiters[2], 1);
401         if (local_teardown_func == smp_no_rendevous_barrier)
402                 return;
403         while (smp_rv_waiters[2] < smp_rv_ncpus)
404                 cpu_spinwait();
405
406         /* teardown function */
407         if (local_teardown_func != NULL)
408                 local_teardown_func(local_func_arg);
409 }
410
411 void
412 smp_rendezvous_cpus(cpumask_t map,
413         void (* setup_func)(void *), 
414         void (* action_func)(void *),
415         void (* teardown_func)(void *),
416         void *arg)
417 {
418         int i, ncpus = 0;
419
420         if (!smp_started) {
421                 if (setup_func != NULL)
422                         setup_func(arg);
423                 if (action_func != NULL)
424                         action_func(arg);
425                 if (teardown_func != NULL)
426                         teardown_func(arg);
427                 return;
428         }
429
430         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
431                 if (((1 << i) & map) != 0 && !CPU_ABSENT(i))
432                         ncpus++;
433         if (ncpus == 0)
434                 panic("ncpus is 0 with map=0x%x", map);
435
436         /* obtain rendezvous lock */
437         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
438
439         /* set static function pointers */
440         smp_rv_ncpus = ncpus;
441         smp_rv_setup_func = setup_func;
442         smp_rv_action_func = action_func;
443         smp_rv_teardown_func = teardown_func;
444         smp_rv_func_arg = arg;
445         smp_rv_waiters[1] = 0;
446         smp_rv_waiters[2] = 0;
447         atomic_store_rel_int(&smp_rv_waiters[0], 0);
448
449         /* signal other processors, which will enter the IPI with interrupts off */
450         ipi_selected(map & ~(1 << curcpu), IPI_RENDEZVOUS);
451
452         /* Check if the current CPU is in the map */
453         if ((map & (1 << curcpu)) != 0)
454                 smp_rendezvous_action();
455
456         if (teardown_func == smp_no_rendevous_barrier)
457                 while (atomic_load_acq_int(&smp_rv_waiters[2]) < ncpus)
458                         cpu_spinwait();
459
460         /* release lock */
461         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
462 }
463
464 void
465 smp_rendezvous(void (* setup_func)(void *), 
466                void (* action_func)(void *),
467                void (* teardown_func)(void *),
468                void *arg)
469 {
470         smp_rendezvous_cpus(all_cpus, setup_func, action_func, teardown_func, arg);
471 }
472
473 static struct cpu_group group[MAXCPU];
474
475 struct cpu_group *
476 smp_topo(void)
477 {
478         struct cpu_group *top;
479
480         /*
481          * Check for a fake topology request for debugging purposes.
482          */
483         switch (smp_topology) {
484         case 1:
485                 /* Dual core with no sharing.  */
486                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_NONE, 2, 0);
487                 break;
488         case 2:
489                 /* No topology, all cpus are equal. */
490                 top = smp_topo_none();
491                 break;
492         case 3:
493                 /* Dual core with shared L2.  */
494                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_L2, 2, 0);
495                 break;
496         case 4:
497                 /* quad core, shared l3 among each package, private l2.  */
498                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_L3, 4, 0);
499                 break;
500         case 5:
501                 /* quad core,  2 dualcore parts on each package share l2.  */
502                 top = smp_topo_2level(CG_SHARE_NONE, 2, CG_SHARE_L2, 2, 0);
503                 break;
504         case 6:
505                 /* Single-core 2xHTT */
506                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_L1, 2, CG_FLAG_HTT);
507                 break;
508         case 7:
509                 /* quad core with a shared l3, 8 threads sharing L2.  */
510                 top = smp_topo_2level(CG_SHARE_L3, 4, CG_SHARE_L2, 8,
511                     CG_FLAG_SMT);
512                 break;
513         default:
514                 /* Default, ask the system what it wants. */
515                 top = cpu_topo();
516                 break;
517         }
518         /*
519          * Verify the returned topology.
520          */
521         if (top->cg_count != mp_ncpus)
522                 panic("Built bad topology at %p.  CPU count %d != %d",
523                     top, top->cg_count, mp_ncpus);
524         if (top->cg_mask != all_cpus)
525                 panic("Built bad topology at %p.  CPU mask 0x%X != 0x%X",
526                     top, top->cg_mask, all_cpus);
527         return (top);
528 }
529
530 struct cpu_group *
531 smp_topo_none(void)
532 {
533         struct cpu_group *top;
534
535         top = &group[0];
536         top->cg_parent = NULL;
537         top->cg_child = NULL;
538         top->cg_mask = (1 << mp_ncpus) - 1;
539         top->cg_count = mp_ncpus;
540         top->cg_children = 0;
541         top->cg_level = CG_SHARE_NONE;
542         top->cg_flags = 0;
543         
544         return (top);
545 }
546
547 static int
548 smp_topo_addleaf(struct cpu_group *parent, struct cpu_group *child, int share,
549     int count, int flags, int start)
550 {
551         cpumask_t mask;
552         int i;
553
554         for (mask = 0, i = 0; i < count; i++, start++)
555                 mask |= (1 << start);
556         child->cg_parent = parent;
557         child->cg_child = NULL;
558         child->cg_children = 0;
559         child->cg_level = share;
560         child->cg_count = count;
561         child->cg_flags = flags;
562         child->cg_mask = mask;
563         parent->cg_children++;
564         for (; parent != NULL; parent = parent->cg_parent) {
565                 if ((parent->cg_mask & child->cg_mask) != 0)
566                         panic("Duplicate children in %p.  mask 0x%X child 0x%X",
567                             parent, parent->cg_mask, child->cg_mask);
568                 parent->cg_mask |= child->cg_mask;
569                 parent->cg_count += child->cg_count;
570         }
571
572         return (start);
573 }
574
575 struct cpu_group *
576 smp_topo_1level(int share, int count, int flags)
577 {
578         struct cpu_group *child;
579         struct cpu_group *top;
580         int packages;
581         int cpu;
582         int i;
583
584         cpu = 0;
585         top = &group[0];
586         packages = mp_ncpus / count;
587         top->cg_child = child = &group[1];
588         top->cg_level = CG_SHARE_NONE;
589         for (i = 0; i < packages; i++, child++)
590                 cpu = smp_topo_addleaf(top, child, share, count, flags, cpu);
591         return (top);
592 }
593
594 struct cpu_group *
595 smp_topo_2level(int l2share, int l2count, int l1share, int l1count,
596     int l1flags)
597 {
598         struct cpu_group *top;
599         struct cpu_group *l1g;
600         struct cpu_group *l2g;
601         int cpu;
602         int i;
603         int j;
604
605         cpu = 0;
606         top = &group[0];
607         l2g = &group[1];
608         top->cg_child = l2g;
609         top->cg_level = CG_SHARE_NONE;
610         top->cg_children = mp_ncpus / (l2count * l1count);
611         l1g = l2g + top->cg_children;
612         for (i = 0; i < top->cg_children; i++, l2g++) {
613                 l2g->cg_parent = top;
614                 l2g->cg_child = l1g;
615                 l2g->cg_level = l2share;
616                 for (j = 0; j < l2count; j++, l1g++)
617                         cpu = smp_topo_addleaf(l2g, l1g, l1share, l1count,
618                             l1flags, cpu);
619         }
620         return (top);
621 }
622
623
624 struct cpu_group *
625 smp_topo_find(struct cpu_group *top, int cpu)
626 {
627         struct cpu_group *cg;
628         cpumask_t mask;
629         int children;
630         int i;
631
632         mask = (1 << cpu);
633         cg = top;
634         for (;;) {
635                 if ((cg->cg_mask & mask) == 0)
636                         return (NULL);
637                 if (cg->cg_children == 0)
638                         return (cg);
639                 children = cg->cg_children;
640                 for (i = 0, cg = cg->cg_child; i < children; cg++, i++)
641                         if ((cg->cg_mask & mask) != 0)
642                                 break;
643         }
644         return (NULL);
645 }
646 #else /* !SMP */
647
648 void
649 smp_rendezvous_cpus(cpumask_t map,
650         void (*setup_func)(void *), 
651         void (*action_func)(void *),
652         void (*teardown_func)(void *),
653         void *arg)
654 {
655         if (setup_func != NULL)
656                 setup_func(arg);
657         if (action_func != NULL)
658                 action_func(arg);
659         if (teardown_func != NULL)
660                 teardown_func(arg);
661 }
662
663 void
664 smp_rendezvous(void (*setup_func)(void *), 
665                void (*action_func)(void *),
666                void (*teardown_func)(void *),
667                void *arg)
668 {
669
670         if (setup_func != NULL)
671                 setup_func(arg);
672         if (action_func != NULL)
673                 action_func(arg);
674         if (teardown_func != NULL)
675                 teardown_func(arg);
676 }
677
678 /*
679  * Provide dummy SMP support for UP kernels.  Modules that need to use SMP
680  * APIs will still work using this dummy support.
681  */
682 static void
683 mp_setvariables_for_up(void *dummy)
684 {
685         mp_ncpus = 1;
686         mp_maxid = PCPU_GET(cpuid);
687         all_cpus = PCPU_GET(cpumask);
688         KASSERT(PCPU_GET(cpuid) == 0, ("UP must have a CPU ID of zero"));
689 }
690 SYSINIT(cpu_mp_setvariables, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_FIRST,
691     mp_setvariables_for_up, NULL);
692 #endif /* SMP */
693
694 void
695 smp_no_rendevous_barrier(void *dummy)
696 {
697 #ifdef SMP
698         KASSERT((!smp_started),("smp_no_rendevous called and smp is started"));
699 #endif
700 }