arch/i386/kernel/smp.c

   1 /*
   2  *      Intel SMP support routines.
   3  *
   4  *      (c) 1995 Alan Cox, Building #3 <alan@redhat.com>
   5  *      (c) 1998-99, 2000 Ingo Molnar <mingo@redhat.com>
   6  *
   7  *      This code is released under the GNU General Public License version 2 or
   8  *      later.
   9  */
  10
  11 #include <linux/init.h>
  12
  13 #include <linux/mm.h>
  14 #include <linux/irq.h>
  15 #include <linux/delay.h>
  16 #include <linux/spinlock.h>
  17 #include <linux/smp_lock.h>
  18 #include <linux/kernel_stat.h>
  19 #include <linux/mc146818rtc.h>
  20 #include <linux/cache.h>
  21 #include <linux/interrupt.h>
  22
  23 #include <asm/mtrr.h>
  24 #include <asm/tlbflush.h>
  25 #include <mach_ipi.h>
  26 #include <mach_apic.h>
  27
  28 /*
  29  *      Some notes on x86 processor bugs affecting SMP operation:
  30  *
  31  *      Pentium, Pentium Pro, II, III (and all CPUs) have bugs.
  32  *      The Linux implications for SMP are handled as follows:
  33  *
  34  *      Pentium III / [Xeon]
  35  *              None of the E1AP-E3AP errata are visible to the user.
  36  *
  37  *      E1AP.   see PII A1AP
  38  *      E2AP.   see PII A2AP
  39  *      E3AP.   see PII A3AP
  40  *
  41  *      Pentium II / [Xeon]
  42  *              None of the A1AP-A3AP errata are visible to the user.
  43  *
  44  *      A1AP.   see PPro 1AP
  45  *      A2AP.   see PPro 2AP
  46  *      A3AP.   see PPro 7AP
  47  *
  48  *      Pentium Pro
  49  *              None of 1AP-9AP errata are visible to the normal user,
  50  *      except occasional delivery of 'spurious interrupt' as trap #15.
  51  *      This is very rare and a non-problem.
  52  *
  53  *      1AP.    Linux maps APIC as non-cacheable
  54  *      2AP.    worked around in hardware
  55  *      3AP.    fixed in C0 and above steppings microcode update.
  56  *              Linux does not use excessive STARTUP_IPIs.
  57  *      4AP.    worked around in hardware
  58  *      5AP.    symmetric IO mode (normal Linux operation) not affected.
  59  *              'noapic' mode has vector 0xf filled out properly.
  60  *      6AP.    'noapic' mode might be affected - fixed in later steppings
  61  *      7AP.    We do not assume writes to the LVT deassering IRQs
  62  *      8AP.    We do not enable low power mode (deep sleep) during MP bootup
  63  *      9AP.    We do not use mixed mode
  64  *
  65  *      Pentium
  66  *              There is a marginal case where REP MOVS on 100MHz SMP
  67  *      machines with B stepping processors can fail. XXX should provide
  68  *      an L1cache=Writethrough or L1cache=off option.
  69  *
  70  *              B stepping CPUs may hang. There are hardware work arounds
  71  *      for this. We warn about it in case your board doesn't have the work
  72  *      arounds. Basically thats so I can tell anyone with a B stepping
  73  *      CPU and SMP problems "tough".
  74  *
  75  *      Specific items [From Pentium Processor Specification Update]
  76  *
  77  *      1AP.    Linux doesn't use remote read
  78  *      2AP.    Linux doesn't trust APIC errors
  79  *      3AP.    We work around this
  80  *      4AP.    Linux never generated 3 interrupts of the same priority
  81  *              to cause a lost local interrupt.
  82  *      5AP.    Remote read is never used
  83  *      6AP.    not affected - worked around in hardware
  84  *      7AP.    not affected - worked around in hardware
  85  *      8AP.    worked around in hardware - we get explicit CS errors if not
  86  *      9AP.    only 'noapic' mode affected. Might generate spurious
  87  *              interrupts, we log only the first one and count the
  88  *              rest silently.
  89  *      10AP.   not affected - worked around in hardware
  90  *      11AP.   Linux reads the APIC between writes to avoid this, as per
  91  *              the documentation. Make sure you preserve this as it affects
  92  *              the C stepping chips too.
  93  *      12AP.   not affected - worked around in hardware
  94  *      13AP.   not affected - worked around in hardware
  95  *      14AP.   we always deassert INIT during bootup
  96  *      15AP.   not affected - worked around in hardware
  97  *      16AP.   not affected - worked around in hardware
  98  *      17AP.   not affected - worked around in hardware
  99  *      18AP.   not affected - worked around in hardware
 100  *      19AP.   not affected - worked around in BIOS
 101  *
 102  *      If this sounds worrying believe me these bugs are either ___RARE___,
 103  *      or are signal timing bugs worked around in hardware and there's
 104  *      about nothing of note with C stepping upwards.
 105  */
 106
 107 struct tlb_state cpu_tlbstate[NR_CPUS] __cacheline_aligned = {[0 ... NR_CPUS-1] = { &init_mm, 0, }};
 108
 109 /*
 110  * the following functions deal with sending IPIs between CPUs.
 111  *
 112  * We use 'broadcast', CPU->CPU IPIs and self-IPIs too.
 113  */
 114
 115 static inline int __prepare_ICR (unsigned int shortcut, int vector)
 116 {
 117         return APIC_DM_FIXED | shortcut | vector | APIC_DEST_LOGICAL;
 118 }
 119
 120 static inline int __prepare_ICR2 (unsigned int mask)
 121 {
 122         return SET_APIC_DEST_FIELD(mask);
 123 }
 124
 125 inline void __send_IPI_shortcut(unsigned int shortcut, int vector)
 126 {
 127         /*
 128          * Subtle. In the case of the 'never do double writes' workaround
 129          * we have to lock out interrupts to be safe.  As we don't care
 130          * of the value read we use an atomic rmw access to avoid costly
 131          * cli/sti.  Otherwise we use an even cheaper single atomic write
 132          * to the APIC.
 133          */
 134         unsigned int cfg;
 135
 136         /*
 137          * Wait for idle.
 138          */
 139         apic_wait_icr_idle();
 140
 141         /*
 142          * No need to touch the target chip field
 143          */
 144         cfg = __prepare_ICR(shortcut, vector);
 145
 146         /*
 147          * Send the IPI. The write to APIC_ICR fires this off.
 148          */
 149         apic_write_around(APIC_ICR, cfg);
 150 }
 151
 152 void fastcall send_IPI_self(int vector)
 153 {
 154         __send_IPI_shortcut(APIC_DEST_SELF, vector);
 155 }
 156
 157 /*
 158  * This is only used on smaller machines.
 159  */
 160 inline void send_IPI_mask_bitmask(cpumask_t cpumask, int vector)
 161 {
 162         unsigned long mask = cpus_addr(cpumask)[0];
 163         unsigned long cfg;
 164         unsigned long flags;
 165
 166         local_irq_save(flags);
 167
 168         /*
 169          * Wait for idle.
 170          */
 171         apic_wait_icr_idle();
 172
 173         /*
 174          * prepare target chip field
 175          */
 176         cfg = __prepare_ICR2(mask);
 177         apic_write_around(APIC_ICR2, cfg);
 178
 179         /*
 180          * program the ICR
 181          */
 182         cfg = __prepare_ICR(0, vector);
 183
 184         /*
 185          * Send the IPI. The write to APIC_ICR fires this off.
 186          */
 187         apic_write_around(APIC_ICR, cfg);
 188
 189         local_irq_restore(flags);
 190 }
 191
 192 inline void send_IPI_mask_sequence(cpumask_t mask, int vector)
 193 {
 194         unsigned long cfg, flags;
 195         unsigned int query_cpu;
 196
 197         /*
 198          * Hack. The clustered APIC addressing mode doesn't allow us to send
 199          * to an arbitrary mask, so I do a unicasts to each CPU instead. This
 200          * should be modified to do 1 message per cluster ID - mbligh
 201          */
 202
 203         local_irq_save(flags);
 204
 205         for (query_cpu = 0; query_cpu < NR_CPUS; ++query_cpu) {
 206                 if (cpu_isset(query_cpu, mask)) {
 207
 208                         /*
 209                          * Wait for idle.
 210                          */
 211                         apic_wait_icr_idle();
 212
 213                         /*
 214                          * prepare target chip field
 215                          */
 216                         cfg = __prepare_ICR2(cpu_to_logical_apicid(query_cpu));
 217                         apic_write_around(APIC_ICR2, cfg);
 218
 219                         /*
 220                          * program the ICR
 221                          */
 222                         cfg = __prepare_ICR(0, vector);
 223
 224                         /*
 225                          * Send the IPI. The write to APIC_ICR fires this off.
 226                          */
 227                         apic_write_around(APIC_ICR, cfg);
 228                 }
 229         }
 230         local_irq_restore(flags);
 231 }
 232
 233 /*
 234  *      Smarter SMP flushing macros.
 235  *              c/o Linus Torvalds.
 236  *
 237  *      These mean you can really definitely utterly forget about
 238  *      writing to user space from interrupts. (Its not allowed anyway).
 239  *
 240  *      Optimizations Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
 241  */
 242
 243 static cpumask_t flush_cpumask;
 244 static struct mm_struct * flush_mm;
 245 static unsigned long flush_va;
 246 static spinlock_t tlbstate_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;
 247 #define FLUSH_ALL       0xffffffff
 248
 249 /*
 250  * We cannot call mmdrop() because we are in interrupt context,
 251  * instead update mm->cpu_vm_mask.
 252  *
 253  * We need to reload %cr3 since the page tables may be going
 254  * away from under us..
 255  */
 256 static inline void leave_mm (unsigned long cpu)
 257 {
 258         if (cpu_tlbstate[cpu].state == TLBSTATE_OK)
 259                 BUG();
 260         cpu_clear(cpu, cpu_tlbstate[cpu].active_mm->cpu_vm_mask);
 261         load_cr3(swapper_pg_dir);
 262 }
 263
 264 /*
 265  *
 266  * The flush IPI assumes that a thread switch happens in this order:
 267  * [cpu0: the cpu that switches]
 268  * 1) switch_mm() either 1a) or 1b)
 269  * 1a) thread switch to a different mm
 270  * 1a1) cpu_clear(cpu, old_mm->cpu_vm_mask);
 271  *      Stop ipi delivery for the old mm. This is not synchronized with
 272  *      the other cpus, but smp_invalidate_interrupt ignore flush ipis
 273  *      for the wrong mm, and in the worst case we perform a superflous
 274  *      tlb flush.
 275  * 1a2) set cpu_tlbstate to TLBSTATE_OK
 276  *      Now the smp_invalidate_interrupt won't call leave_mm if cpu0
 277  *      was in lazy tlb mode.
 278  * 1a3) update cpu_tlbstate[].active_mm
 279  *      Now cpu0 accepts tlb flushes for the new mm.
 280  * 1a4) cpu_set(cpu, new_mm->cpu_vm_mask);
 281  *      Now the other cpus will send tlb flush ipis.
 282  * 1a4) change cr3.
 283  * 1b) thread switch without mm change
 284  *      cpu_tlbstate[].active_mm is correct, cpu0 already handles
 285  *      flush ipis.
 286  * 1b1) set cpu_tlbstate to TLBSTATE_OK
 287  * 1b2) test_and_set the cpu bit in cpu_vm_mask.
 288  *      Atomically set the bit [other cpus will start sending flush ipis],
 289  *      and test the bit.
 290  * 1b3) if the bit was 0: leave_mm was called, flush the tlb.
 291  * 2) switch %%esp, ie current
 292  *
 293  * The interrupt must handle 2 special cases:
 294  * - cr3 is changed before %%esp, ie. it cannot use current->{active_,}mm.
 295  * - the cpu performs speculative tlb reads, i.e. even if the cpu only
 296  *   runs in kernel space, the cpu could load tlb entries for user space
 297  *   pages.
 298  *
 299  * The good news is that cpu_tlbstate is local to each cpu, no
 300  * write/read ordering problems.
 301  */
 302
 303 /*
 304  * TLB flush IPI:
 305  *
 306  * 1) Flush the tlb entries if the cpu uses the mm that's being flushed.
 307  * 2) Leave the mm if we are in the lazy tlb mode.
 308  */
 309
 310 asmlinkage void smp_invalidate_interrupt (void)
 311 {
 312         unsigned long cpu;
 313
 314         cpu = get_cpu();
 315
 316         if (!cpu_isset(cpu, flush_cpumask))
 317                 goto out;
 318                 /*
 319                  * This was a BUG() but until someone can quote me the
 320                  * line from the intel manual that guarantees an IPI to
 321                  * multiple CPUs is retried _only_ on the erroring CPUs
 322                  * its staying as a return
 323                  *
 324                  * BUG();
 325                  */
 326
 327         if (flush_mm == cpu_tlbstate[cpu].active_mm) {
 328                 if (cpu_tlbstate[cpu].state == TLBSTATE_OK) {
 329                         if (flush_va == FLUSH_ALL)
 330                                 local_flush_tlb();
 331                         else
 332                                 __flush_tlb_one(flush_va);
 333                 } else
 334                         leave_mm(cpu);
 335         }
 336         ack_APIC_irq();
 337         smp_mb__before_clear_bit();
 338         cpu_clear(cpu, flush_cpumask);
 339         smp_mb__after_clear_bit();
 340 out:
 341         put_cpu_no_resched();
 342 }
 343
 344 static void flush_tlb_others(cpumask_t cpumask, struct mm_struct *mm,
 345                                                 unsigned long va)
 346 {
 347         cpumask_t tmp;
 348         /*
 349          * A couple of (to be removed) sanity checks:
 350          *
 351          * - we do not send IPIs to not-yet booted CPUs.
 352          * - current CPU must not be in mask
 353          * - mask must exist :)
 354          */
 355         BUG_ON(cpus_empty(cpumask));
 356
 357         cpus_and(tmp, cpumask, cpu_online_map);
 358         BUG_ON(!cpus_equal(cpumask, tmp));
 359         BUG_ON(cpu_isset(smp_processor_id(), cpumask));
 360         BUG_ON(!mm);
 361
 362         /*
 363          * i'm not happy about this global shared spinlock in the
 364          * MM hot path, but we'll see how contended it is.
 365          * Temporarily this turns IRQs off, so that lockups are
 366          * detected by the NMI watchdog.
 367          */
 368         spin_lock(&tlbstate_lock);
 369
 370         flush_mm = mm;
 371         flush_va = va;
 372 #if NR_CPUS <= BITS_PER_LONG
 373         atomic_set_mask(cpumask, &flush_cpumask);
 374 #else
 375         {
 376                 int k;
 377                 unsigned long *flush_mask = (unsigned long *)&flush_cpumask;
 378                 unsigned long *cpu_mask = (unsigned long *)&cpumask;
 379                 for (k = 0; k < BITS_TO_LONGS(NR_CPUS); ++k)
 380                         atomic_set_mask(cpu_mask[k], &flush_mask[k]);
 381         }
 382 #endif
 383         /*
 384          * We have to send the IPI only to
 385          * CPUs affected.
 386          */
 387         send_IPI_mask(cpumask, INVALIDATE_TLB_VECTOR);
 388
 389         while (!cpus_empty(flush_cpumask))
 390                 /* nothing. lockup detection does not belong here */
 391                 mb();
 392
 393         flush_mm = NULL;
 394         flush_va = 0;
 395         spin_unlock(&tlbstate_lock);
 396 }
 397
 398 void flush_tlb_current_task(void)
 399 {
 400         struct mm_struct *mm = current->mm;
 401         cpumask_t cpu_mask;
 402
 403         preempt_disable();
 404         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 405         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 406
 407         local_flush_tlb();
 408         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 409                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
 410         preempt_enable();
 411 }
 412
 413 void flush_tlb_mm (struct mm_struct * mm)
 414 {
 415         cpumask_t cpu_mask;
 416
 417         preempt_disable();
 418         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 419         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 420
 421         if (current->active_mm == mm) {
 422                 if (current->mm)
 423                         local_flush_tlb();
 424                 else
 425                         leave_mm(smp_processor_id());
 426         }
 427         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 428                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
 429
 430         preempt_enable();
 431 }
 432
 433 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct * vma, unsigned long va)
 434 {
 435         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 436         cpumask_t cpu_mask;
 437
 438         preempt_disable();
 439         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 440         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 441
 442         if (current->active_mm == mm) {
 443                 if(current->mm)
 444                         __flush_tlb_one(va);
 445                  else
 446                         leave_mm(smp_processor_id());
 447         }
 448
 449         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 450                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, va);
 451
 452         preempt_enable();
 453 }
 454
 455 static void do_flush_tlb_all(void* info)
 456 {
 457         unsigned long cpu = smp_processor_id();
 458
 459         __flush_tlb_all();
 460         if (cpu_tlbstate[cpu].state == TLBSTATE_LAZY)
 461                 leave_mm(cpu);
 462 }
 463
 464 void flush_tlb_all(void)
 465 {
 466         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1, 1);
 467 }
 468
 469 /*
 470  * this function sends a 'reschedule' IPI to another CPU.
 471  * it goes straight through and wastes no time serializing
 472  * anything. Worst case is that we lose a reschedule ...
 473  */
 474 void smp_send_reschedule(int cpu)
 475 {
 476         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), RESCHEDULE_VECTOR);
 477 }
 478
 479 /*
 480  * Structure and data for smp_call_function(). This is designed to minimise
 481  * static memory requirements. It also looks cleaner.
 482  */
 483 static spinlock_t call_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;
 484
 485 struct call_data_struct {
 486         void (*func) (void *info);
 487         void *info;
 488         atomic_t started;
 489         atomic_t finished;
 490         int wait;
 491 };
 492
 493 static struct call_data_struct * call_data;
 494
 495 /*
 496  * this function sends a 'generic call function' IPI to all other CPUs
 497  * in the system.
 498  */
 499
 500 int smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info, int nonatomic,
 501                         int wait)
 502 /*
 503  * [SUMMARY] Run a function on all other CPUs.
 504  * <func> The function to run. This must be fast and non-blocking.
 505  * <info> An arbitrary pointer to pass to the function.
 506  * <nonatomic> currently unused.
 507  * <wait> If true, wait (atomically) until function has completed on other CPUs.
 508  * [RETURNS] 0 on success, else a negative status code. Does not return until
 509  * remote CPUs are nearly ready to execute <<func>> or are or have executed.
 510  *
 511  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
 512  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
 513  */
 514 {
 515         struct call_data_struct data;
 516         int cpus = num_online_cpus()-1;
 517
 518         if (!cpus)
 519                 return 0;
 520
 521         /* Can deadlock when called with interrupts disabled */
 522         WARN_ON(irqs_disabled());
 523
 524         data.func = func;
 525         data.info = info;
 526         atomic_set(&data.started, 0);
 527         data.wait = wait;
 528         if (wait)
 529                 atomic_set(&data.finished, 0);
 530
 531         spin_lock(&call_lock);
 532         call_data = &data;
 533         mb();
 534
 535         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 536         send_IPI_allbutself(CALL_FUNCTION_VECTOR);
 537
 538         /* Wait for response */
 539         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 540                 barrier();
 541
 542         if (wait)
 543                 while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 544                         barrier();
 545         spin_unlock(&call_lock);
 546
 547         return 0;
 548 }
 549
 550 static void stop_this_cpu (void * dummy)
 551 {
 552         /*
 553          * Remove this CPU:
 554          */
 555         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_online_map);
 556         local_irq_disable();
 557         disable_local_APIC();
 558         if (cpu_data[smp_processor_id()].hlt_works_ok)
 559                 for(;;) __asm__("hlt");
 560         for (;;);
 561 }
 562
 563 /*
 564  * this function calls the 'stop' function on all other CPUs in the system.
 565  */
 566
 567 void smp_send_stop(void)
 568 {
 569         smp_call_function(stop_this_cpu, NULL, 1, 0);
 570
 571         local_irq_disable();
 572         disable_local_APIC();
 573         local_irq_enable();
 574 }
 575
 576 /*
 577  * Reschedule call back. Nothing to do,
 578  * all the work is done automatically when
 579  * we return from the interrupt.
 580  */
 581 asmlinkage void smp_reschedule_interrupt(void)
 582 {
 583         ack_APIC_irq();
 584 }
 585
 586 asmlinkage void smp_call_function_interrupt(void)
 587 {
 588         void (*func) (void *info) = call_data->func;
 589         void *info = call_data->info;
 590         int wait = call_data->wait;
 591
 592         ack_APIC_irq();
 593         /*
 594          * Notify initiating CPU that I've grabbed the data and am
 595          * about to execute the function
 596          */
 597         mb();
 598         atomic_inc(&call_data->started);
 599         /*
 600          * At this point the info structure may be out of scope unless wait==1
 601          */
 602         irq_enter();
 603         (*func)(info);
 604         irq_exit();
 605
 606         if (wait) {
 607                 mb();
 608                 atomic_inc(&call_data->finished);
 609         }
 610 }
 611