]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/8.git/blob - sys/kern/subr_smp.c
Copy head to stable/8 as part of 8.0 Release cycle.
[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 int
237 stop_cpus(cpumask_t map)
238 {
239         int i;
240
241         if (!smp_started)
242                 return 0;
243
244         CTR1(KTR_SMP, "stop_cpus(%x)", map);
245
246         /* send the stop IPI to all CPUs in map */
247         ipi_selected(map, IPI_STOP);
248
249         i = 0;
250         while ((stopped_cpus & map) != map) {
251                 /* spin */
252                 cpu_spinwait();
253                 i++;
254 #ifdef DIAGNOSTIC
255                 if (i == 100000) {
256                         printf("timeout stopping cpus\n");
257                         break;
258                 }
259 #endif
260         }
261
262         return 1;
263 }
264
265 #if defined(__amd64__)
266 /*
267  * When called the executing CPU will send an IPI to all other CPUs
268  *  requesting that they halt execution.
269  *
270  * Usually (but not necessarily) called with 'other_cpus' as its arg.
271  *
272  *  - Signals all CPUs in map to suspend.
273  *  - Waits for each to suspend.
274  *
275  * Returns:
276  *  -1: error
277  *   0: NA
278  *   1: ok
279  *
280  * XXX FIXME: this is not MP-safe, needs a lock to prevent multiple CPUs
281  *            from executing at same time.
282  */
283 int
284 suspend_cpus(cpumask_t map)
285 {
286         int i;
287
288         if (!smp_started)
289                 return (0);
290
291         CTR1(KTR_SMP, "suspend_cpus(%x)", map);
292
293         /* send the suspend IPI to all CPUs in map */
294         ipi_selected(map, IPI_SUSPEND);
295
296         i = 0;
297         while ((stopped_cpus & map) != map) {
298                 /* spin */
299                 cpu_spinwait();
300                 i++;
301 #ifdef DIAGNOSTIC
302                 if (i == 100000) {
303                         printf("timeout suspending cpus\n");
304                         break;
305                 }
306 #endif
307         }
308
309         return (1);
310 }
311 #endif
312
313 /*
314  * Called by a CPU to restart stopped CPUs. 
315  *
316  * Usually (but not necessarily) called with 'stopped_cpus' as its arg.
317  *
318  *  - Signals all CPUs in map to restart.
319  *  - Waits for each to restart.
320  *
321  * Returns:
322  *  -1: error
323  *   0: NA
324  *   1: ok
325  */
326 int
327 restart_cpus(cpumask_t map)
328 {
329
330         if (!smp_started)
331                 return 0;
332
333         CTR1(KTR_SMP, "restart_cpus(%x)", map);
334
335         /* signal other cpus to restart */
336         atomic_store_rel_int(&started_cpus, map);
337
338         /* wait for each to clear its bit */
339         while ((stopped_cpus & map) != 0)
340                 cpu_spinwait();
341
342         return 1;
343 }
344
345 /*
346  * All-CPU rendezvous.  CPUs are signalled, all execute the setup function 
347  * (if specified), rendezvous, execute the action function (if specified),
348  * rendezvous again, execute the teardown function (if specified), and then
349  * resume.
350  *
351  * Note that the supplied external functions _must_ be reentrant and aware
352  * that they are running in parallel and in an unknown lock context.
353  */
354 void
355 smp_rendezvous_action(void)
356 {
357         void* local_func_arg = smp_rv_func_arg;
358         void (*local_setup_func)(void*)   = smp_rv_setup_func;
359         void (*local_action_func)(void*)   = smp_rv_action_func;
360         void (*local_teardown_func)(void*) = smp_rv_teardown_func;
361
362         /* Ensure we have up-to-date values. */
363         atomic_add_acq_int(&smp_rv_waiters[0], 1);
364         while (smp_rv_waiters[0] < smp_rv_ncpus)
365                 cpu_spinwait();
366
367         /* setup function */
368         if (local_setup_func != smp_no_rendevous_barrier) {
369                 if (smp_rv_setup_func != NULL)
370                         smp_rv_setup_func(smp_rv_func_arg);
371
372                 /* spin on entry rendezvous */
373                 atomic_add_int(&smp_rv_waiters[1], 1);
374                 while (smp_rv_waiters[1] < smp_rv_ncpus)
375                         cpu_spinwait();
376         }
377
378         /* action function */
379         if (local_action_func != NULL)
380                 local_action_func(local_func_arg);
381
382         /* spin on exit rendezvous */
383         atomic_add_int(&smp_rv_waiters[2], 1);
384         if (local_teardown_func == smp_no_rendevous_barrier)
385                 return;
386         while (smp_rv_waiters[2] < smp_rv_ncpus)
387                 cpu_spinwait();
388
389         /* teardown function */
390         if (local_teardown_func != NULL)
391                 local_teardown_func(local_func_arg);
392 }
393
394 void
395 smp_rendezvous_cpus(cpumask_t map,
396         void (* setup_func)(void *), 
397         void (* action_func)(void *),
398         void (* teardown_func)(void *),
399         void *arg)
400 {
401         int i, ncpus = 0;
402
403         if (!smp_started) {
404                 if (setup_func != NULL)
405                         setup_func(arg);
406                 if (action_func != NULL)
407                         action_func(arg);
408                 if (teardown_func != NULL)
409                         teardown_func(arg);
410                 return;
411         }
412
413         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
414                 if (((1 << i) & map) != 0 && !CPU_ABSENT(i))
415                         ncpus++;
416         if (ncpus == 0)
417                 panic("ncpus is 0 with map=0x%x", map);
418
419         /* obtain rendezvous lock */
420         mtx_lock_spin(&smp_ipi_mtx);
421
422         /* set static function pointers */
423         smp_rv_ncpus = ncpus;
424         smp_rv_setup_func = setup_func;
425         smp_rv_action_func = action_func;
426         smp_rv_teardown_func = teardown_func;
427         smp_rv_func_arg = arg;
428         smp_rv_waiters[1] = 0;
429         smp_rv_waiters[2] = 0;
430         atomic_store_rel_int(&smp_rv_waiters[0], 0);
431
432         /* signal other processors, which will enter the IPI with interrupts off */
433         ipi_selected(map & ~(1 << curcpu), IPI_RENDEZVOUS);
434
435         /* Check if the current CPU is in the map */
436         if ((map & (1 << curcpu)) != 0)
437                 smp_rendezvous_action();
438
439         if (teardown_func == smp_no_rendevous_barrier)
440                 while (atomic_load_acq_int(&smp_rv_waiters[2]) < ncpus)
441                         cpu_spinwait();
442
443         /* release lock */
444         mtx_unlock_spin(&smp_ipi_mtx);
445 }
446
447 void
448 smp_rendezvous(void (* setup_func)(void *), 
449                void (* action_func)(void *),
450                void (* teardown_func)(void *),
451                void *arg)
452 {
453         smp_rendezvous_cpus(all_cpus, setup_func, action_func, teardown_func, arg);
454 }
455
456 static struct cpu_group group[MAXCPU];
457
458 struct cpu_group *
459 smp_topo(void)
460 {
461         struct cpu_group *top;
462
463         /*
464          * Check for a fake topology request for debugging purposes.
465          */
466         switch (smp_topology) {
467         case 1:
468                 /* Dual core with no sharing.  */
469                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_NONE, 2, 0);
470                 break;
471         case 2:
472                 /* No topology, all cpus are equal. */
473                 top = smp_topo_none();
474                 break;
475         case 3:
476                 /* Dual core with shared L2.  */
477                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_L2, 2, 0);
478                 break;
479         case 4:
480                 /* quad core, shared l3 among each package, private l2.  */
481                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_L3, 4, 0);
482                 break;
483         case 5:
484                 /* quad core,  2 dualcore parts on each package share l2.  */
485                 top = smp_topo_2level(CG_SHARE_NONE, 2, CG_SHARE_L2, 2, 0);
486                 break;
487         case 6:
488                 /* Single-core 2xHTT */
489                 top = smp_topo_1level(CG_SHARE_L1, 2, CG_FLAG_HTT);
490                 break;
491         case 7:
492                 /* quad core with a shared l3, 8 threads sharing L2.  */
493                 top = smp_topo_2level(CG_SHARE_L3, 4, CG_SHARE_L2, 8,
494                     CG_FLAG_SMT);
495                 break;
496         default:
497                 /* Default, ask the system what it wants. */
498                 top = cpu_topo();
499                 break;
500         }
501         /*
502          * Verify the returned topology.
503          */
504         if (top->cg_count != mp_ncpus)
505                 panic("Built bad topology at %p.  CPU count %d != %d",
506                     top, top->cg_count, mp_ncpus);
507         if (top->cg_mask != all_cpus)
508                 panic("Built bad topology at %p.  CPU mask 0x%X != 0x%X",
509                     top, top->cg_mask, all_cpus);
510         return (top);
511 }
512
513 struct cpu_group *
514 smp_topo_none(void)
515 {
516         struct cpu_group *top;
517
518         top = &group[0];
519         top->cg_parent = NULL;
520         top->cg_child = NULL;
521         top->cg_mask = (1 << mp_ncpus) - 1;
522         top->cg_count = mp_ncpus;
523         top->cg_children = 0;
524         top->cg_level = CG_SHARE_NONE;
525         top->cg_flags = 0;
526         
527         return (top);
528 }
529
530 static int
531 smp_topo_addleaf(struct cpu_group *parent, struct cpu_group *child, int share,
532     int count, int flags, int start)
533 {
534         cpumask_t mask;
535         int i;
536
537         for (mask = 0, i = 0; i < count; i++, start++)
538                 mask |= (1 << start);
539         child->cg_parent = parent;
540         child->cg_child = NULL;
541         child->cg_children = 0;
542         child->cg_level = share;
543         child->cg_count = count;
544         child->cg_flags = flags;
545         child->cg_mask = mask;
546         parent->cg_children++;
547         for (; parent != NULL; parent = parent->cg_parent) {
548                 if ((parent->cg_mask & child->cg_mask) != 0)
549                         panic("Duplicate children in %p.  mask 0x%X child 0x%X",
550                             parent, parent->cg_mask, child->cg_mask);
551                 parent->cg_mask |= child->cg_mask;
552                 parent->cg_count += child->cg_count;
553         }
554
555         return (start);
556 }
557
558 struct cpu_group *
559 smp_topo_1level(int share, int count, int flags)
560 {
561         struct cpu_group *child;
562         struct cpu_group *top;
563         int packages;
564         int cpu;
565         int i;
566
567         cpu = 0;
568         top = &group[0];
569         packages = mp_ncpus / count;
570         top->cg_child = child = &group[1];
571         top->cg_level = CG_SHARE_NONE;
572         for (i = 0; i < packages; i++, child++)
573                 cpu = smp_topo_addleaf(top, child, share, count, flags, cpu);
574         return (top);
575 }
576
577 struct cpu_group *
578 smp_topo_2level(int l2share, int l2count, int l1share, int l1count,
579     int l1flags)
580 {
581         struct cpu_group *top;
582         struct cpu_group *l1g;
583         struct cpu_group *l2g;
584         int cpu;
585         int i;
586         int j;
587
588         cpu = 0;
589         top = &group[0];
590         l2g = &group[1];
591         top->cg_child = l2g;
592         top->cg_level = CG_SHARE_NONE;
593         top->cg_children = mp_ncpus / (l2count * l1count);
594         l1g = l2g + top->cg_children;
595         for (i = 0; i < top->cg_children; i++, l2g++) {
596                 l2g->cg_parent = top;
597                 l2g->cg_child = l1g;
598                 l2g->cg_level = l2share;
599                 for (j = 0; j < l2count; j++, l1g++)
600                         cpu = smp_topo_addleaf(l2g, l1g, l1share, l1count,
601                             l1flags, cpu);
602         }
603         return (top);
604 }
605
606
607 struct cpu_group *
608 smp_topo_find(struct cpu_group *top, int cpu)
609 {
610         struct cpu_group *cg;
611         cpumask_t mask;
612         int children;
613         int i;
614
615         mask = (1 << cpu);
616         cg = top;
617         for (;;) {
618                 if ((cg->cg_mask & mask) == 0)
619                         return (NULL);
620                 if (cg->cg_children == 0)
621                         return (cg);
622                 children = cg->cg_children;
623                 for (i = 0, cg = cg->cg_child; i < children; cg++, i++)
624                         if ((cg->cg_mask & mask) != 0)
625                                 break;
626         }
627         return (NULL);
628 }
629 #else /* !SMP */
630
631 void
632 smp_rendezvous_cpus(cpumask_t map,
633         void (*setup_func)(void *), 
634         void (*action_func)(void *),
635         void (*teardown_func)(void *),
636         void *arg)
637 {
638         if (setup_func != NULL)
639                 setup_func(arg);
640         if (action_func != NULL)
641                 action_func(arg);
642         if (teardown_func != NULL)
643                 teardown_func(arg);
644 }
645
646 void
647 smp_rendezvous(void (*setup_func)(void *), 
648                void (*action_func)(void *),
649                void (*teardown_func)(void *),
650                void *arg)
651 {
652
653         if (setup_func != NULL)
654                 setup_func(arg);
655         if (action_func != NULL)
656                 action_func(arg);
657         if (teardown_func != NULL)
658                 teardown_func(arg);
659 }
660
661 /*
662  * Provide dummy SMP support for UP kernels.  Modules that need to use SMP
663  * APIs will still work using this dummy support.
664  */
665 static void
666 mp_setvariables_for_up(void *dummy)
667 {
668         mp_ncpus = 1;
669         mp_maxid = PCPU_GET(cpuid);
670         all_cpus = PCPU_GET(cpumask);
671         KASSERT(PCPU_GET(cpuid) == 0, ("UP must have a CPU ID of zero"));
672 }
673 SYSINIT(cpu_mp_setvariables, SI_SUB_TUNABLES, SI_ORDER_FIRST,
674     mp_setvariables_for_up, NULL);
675 #endif /* SMP */
676
677 void
678 smp_no_rendevous_barrier(void *dummy)
679 {
680 #ifdef SMP
681         KASSERT((!smp_started),("smp_no_rendevous called and smp is started"));
682 #endif
683 }