arch/x86_64/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  *      (c) 2002,2003 Andi Kleen, SuSE Labs.
   7  *
   8  *      This code is released under the GNU General Public License version 2 or
   9  *      later.
  10  */
  11
  12 #include <linux/init.h>
  13
  14 #include <linux/mm.h>
  15 #include <linux/delay.h>
  16 #include <linux/spinlock.h>
  17 #include <linux/smp_lock.h>
  18 #include <linux/smp.h>
  19 #include <linux/kernel_stat.h>
  20 #include <linux/mc146818rtc.h>
  21 #include <linux/interrupt.h>
  22
  23 #include <asm/mtrr.h>
  24 #include <asm/pgalloc.h>
  25 #include <asm/tlbflush.h>
  26 #include <asm/mach_apic.h>
  27 #include <asm/mmu_context.h>
  28 #include <asm/proto.h>
  29 #include <asm/apicdef.h>
  30 #include <asm/idle.h>
  31
  32 /*
  33  *      Smarter SMP flushing macros.
  34  *              c/o Linus Torvalds.
  35  *
  36  *      These mean you can really definitely utterly forget about
  37  *      writing to user space from interrupts. (Its not allowed anyway).
  38  *
  39  *      Optimizations Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
  40  *
  41  *      More scalable flush, from Andi Kleen
  42  *
  43  *      To avoid global state use 8 different call vectors.
  44  *      Each CPU uses a specific vector to trigger flushes on other
  45  *      CPUs. Depending on the received vector the target CPUs look into
  46  *      the right per cpu variable for the flush data.
  47  *
  48  *      With more than 8 CPUs they are hashed to the 8 available
  49  *      vectors. The limited global vector space forces us to this right now.
  50  *      In future when interrupts are split into per CPU domains this could be
  51  *      fixed, at the cost of triggering multiple IPIs in some cases.
  52  */
  53
  54 union smp_flush_state {
  55         struct {
  56                 cpumask_t flush_cpumask;
  57                 struct mm_struct *flush_mm;
  58                 unsigned long flush_va;
  59 #define FLUSH_ALL       -1ULL
  60                 spinlock_t tlbstate_lock;
  61         };
  62         char pad[SMP_CACHE_BYTES];
  63 } ____cacheline_aligned;
  64
  65 /* State is put into the per CPU data section, but padded
  66    to a full cache line because other CPUs can access it and we don't
  67    want false sharing in the per cpu data segment. */
  68 static DEFINE_PER_CPU(union smp_flush_state, flush_state);
  69
  70 /*
  71  * We cannot call mmdrop() because we are in interrupt context,
  72  * instead update mm->cpu_vm_mask.
  73  */
  74 static inline void leave_mm(int cpu)
  75 {
  76         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_OK)
  77                 BUG();
  78         clear_bit(cpu, &read_pda(active_mm)->cpu_vm_mask);
  79         load_cr3(swapper_pg_dir);
  80 }
  81
  82 /*
  83  *
  84  * The flush IPI assumes that a thread switch happens in this order:
  85  * [cpu0: the cpu that switches]
  86  * 1) switch_mm() either 1a) or 1b)
  87  * 1a) thread switch to a different mm
  88  * 1a1) clear_bit(cpu, &old_mm->cpu_vm_mask);
  89  *      Stop ipi delivery for the old mm. This is not synchronized with
  90  *      the other cpus, but smp_invalidate_interrupt ignore flush ipis
  91  *      for the wrong mm, and in the worst case we perform a superfluous
  92  *      tlb flush.
  93  * 1a2) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
  94  *      Now the smp_invalidate_interrupt won't call leave_mm if cpu0
  95  *      was in lazy tlb mode.
  96  * 1a3) update cpu active_mm
  97  *      Now cpu0 accepts tlb flushes for the new mm.
  98  * 1a4) set_bit(cpu, &new_mm->cpu_vm_mask);
  99  *      Now the other cpus will send tlb flush ipis.
 100  * 1a4) change cr3.
 101  * 1b) thread switch without mm change
 102  *      cpu active_mm is correct, cpu0 already handles
 103  *      flush ipis.
 104  * 1b1) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
 105  * 1b2) test_and_set the cpu bit in cpu_vm_mask.
 106  *      Atomically set the bit [other cpus will start sending flush ipis],
 107  *      and test the bit.
 108  * 1b3) if the bit was 0: leave_mm was called, flush the tlb.
 109  * 2) switch %%esp, ie current
 110  *
 111  * The interrupt must handle 2 special cases:
 112  * - cr3 is changed before %%esp, ie. it cannot use current->{active_,}mm.
 113  * - the cpu performs speculative tlb reads, i.e. even if the cpu only
 114  *   runs in kernel space, the cpu could load tlb entries for user space
 115  *   pages.
 116  *
 117  * The good news is that cpu mmu_state is local to each cpu, no
 118  * write/read ordering problems.
 119  */
 120
 121 /*
 122  * TLB flush IPI:
 123  *
 124  * 1) Flush the tlb entries if the cpu uses the mm that's being flushed.
 125  * 2) Leave the mm if we are in the lazy tlb mode.
 126  *
 127  * Interrupts are disabled.
 128  */
 129
 130 asmlinkage void smp_invalidate_interrupt(struct pt_regs *regs)
 131 {
 132         int cpu;
 133         int sender;
 134         union smp_flush_state *f;
 135
 136         cpu = smp_processor_id();
 137         /*
 138          * orig_rax contains the interrupt vector - 256.
 139          * Use that to determine where the sender put the data.
 140          */
 141         sender = regs->orig_rax + 256 - INVALIDATE_TLB_VECTOR_START;
 142         f = &per_cpu(flush_state, sender);
 143
 144         if (!cpu_isset(cpu, f->flush_cpumask))
 145                 goto out;
 146                 /*
 147                  * This was a BUG() but until someone can quote me the
 148                  * line from the intel manual that guarantees an IPI to
 149                  * multiple CPUs is retried _only_ on the erroring CPUs
 150                  * its staying as a return
 151                  *
 152                  * BUG();
 153                  */
 154
 155         if (f->flush_mm == read_pda(active_mm)) {
 156                 if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_OK) {
 157                         if (f->flush_va == FLUSH_ALL)
 158                                 local_flush_tlb();
 159                         else
 160                                 __flush_tlb_one(f->flush_va);
 161                 } else
 162                         leave_mm(cpu);
 163         }
 164 out:
 165         ack_APIC_irq();
 166         cpu_clear(cpu, f->flush_cpumask);
 167 }
 168
 169 static void flush_tlb_others(cpumask_t cpumask, struct mm_struct *mm,
 170                                                 unsigned long va)
 171 {
 172         int sender;
 173         union smp_flush_state *f;
 174
 175         /* Caller has disabled preemption */
 176         sender = smp_processor_id() % NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS;
 177         f = &per_cpu(flush_state, sender);
 178
 179         /* Could avoid this lock when
 180            num_online_cpus() <= NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS, but it is
 181            probably not worth checking this for a cache-hot lock. */
 182         spin_lock(&f->tlbstate_lock);
 183
 184         f->flush_mm = mm;
 185         f->flush_va = va;
 186         cpus_or(f->flush_cpumask, cpumask, f->flush_cpumask);
 187
 188         /*
 189          * We have to send the IPI only to
 190          * CPUs affected.
 191          */
 192         send_IPI_mask(cpumask, INVALIDATE_TLB_VECTOR_START + sender);
 193
 194         while (!cpus_empty(f->flush_cpumask))
 195                 cpu_relax();
 196
 197         f->flush_mm = NULL;
 198         f->flush_va = 0;
 199         spin_unlock(&f->tlbstate_lock);
 200 }
 201
 202 int __cpuinit init_smp_flush(void)
 203 {
 204         int i;
 205         for_each_cpu_mask(i, cpu_possible_map) {
 206                 spin_lock_init(&per_cpu(flush_state.tlbstate_lock, i));
 207         }
 208         return 0;
 209 }
 210
 211 core_initcall(init_smp_flush);
 212
 213 void flush_tlb_current_task(void)
 214 {
 215         struct mm_struct *mm = current->mm;
 216         cpumask_t cpu_mask;
 217
 218         preempt_disable();
 219         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 220         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 221
 222         local_flush_tlb();
 223         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 224                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
 225         preempt_enable();
 226 }
 227
 228 void flush_tlb_mm (struct mm_struct * mm)
 229 {
 230         cpumask_t cpu_mask;
 231
 232         preempt_disable();
 233         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 234         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 235
 236         if (current->active_mm == mm) {
 237                 if (current->mm)
 238                         local_flush_tlb();
 239                 else
 240                         leave_mm(smp_processor_id());
 241         }
 242         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 243                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
 244
 245         preempt_enable();
 246 }
 247
 248 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct * vma, unsigned long va)
 249 {
 250         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 251         cpumask_t cpu_mask;
 252
 253         preempt_disable();
 254         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 255         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 256
 257         if (current->active_mm == mm) {
 258                 if(current->mm)
 259                         __flush_tlb_one(va);
 260                  else
 261                         leave_mm(smp_processor_id());
 262         }
 263
 264         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 265                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, va);
 266
 267         preempt_enable();
 268 }
 269
 270 static void do_flush_tlb_all(void* info)
 271 {
 272         unsigned long cpu = smp_processor_id();
 273
 274         __flush_tlb_all();
 275         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_LAZY)
 276                 leave_mm(cpu);
 277 }
 278
 279 void flush_tlb_all(void)
 280 {
 281         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1, 1);
 282 }
 283
 284 /*
 285  * this function sends a 'reschedule' IPI to another CPU.
 286  * it goes straight through and wastes no time serializing
 287  * anything. Worst case is that we lose a reschedule ...
 288  */
 289
 290 void smp_send_reschedule(int cpu)
 291 {
 292         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), RESCHEDULE_VECTOR);
 293 }
 294
 295 /*
 296  * Structure and data for smp_call_function(). This is designed to minimise
 297  * static memory requirements. It also looks cleaner.
 298  */
 299 static DEFINE_SPINLOCK(call_lock);
 300
 301 struct call_data_struct {
 302         void (*func) (void *info);
 303         void *info;
 304         atomic_t started;
 305         atomic_t finished;
 306         int wait;
 307 };
 308
 309 static struct call_data_struct * call_data;
 310
 311 void lock_ipi_call_lock(void)
 312 {
 313         spin_lock_irq(&call_lock);
 314 }
 315
 316 void unlock_ipi_call_lock(void)
 317 {
 318         spin_unlock_irq(&call_lock);
 319 }
 320
 321 /*
 322  * this function sends a 'generic call function' IPI to one other CPU
 323  * in the system.
 324  *
 325  * cpu is a standard Linux logical CPU number.
 326  */
 327 static void
 328 __smp_call_function_single(int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 329                                 int nonatomic, int wait)
 330 {
 331         struct call_data_struct data;
 332         int cpus = 1;
 333
 334         data.func = func;
 335         data.info = info;
 336         atomic_set(&data.started, 0);
 337         data.wait = wait;
 338         if (wait)
 339                 atomic_set(&data.finished, 0);
 340
 341         call_data = &data;
 342         wmb();
 343         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 344         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), CALL_FUNCTION_VECTOR);
 345
 346         /* Wait for response */
 347         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 348                 cpu_relax();
 349
 350         if (!wait)
 351                 return;
 352
 353         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 354                 cpu_relax();
 355 }
 356
 357 /*
 358  * smp_call_function_single - Run a function on another CPU
 359  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 360  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 361  * @nonatomic: Currently unused.
 362  * @wait: If true, wait until function has completed on other CPUs.
 363  *
 364  * Retrurns 0 on success, else a negative status code.
 365  *
 366  * Does not return until the remote CPU is nearly ready to execute <func>
 367  * or is or has executed.
 368  */
 369
 370 int smp_call_function_single (int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 371         int nonatomic, int wait)
 372 {
 373         /* prevent preemption and reschedule on another processor */
 374         int me = get_cpu();
 375         if (cpu == me) {
 376                 WARN_ON(1);
 377                 put_cpu();
 378                 return -EBUSY;
 379         }
 380         spin_lock_bh(&call_lock);
 381         __smp_call_function_single(cpu, func, info, nonatomic, wait);
 382         spin_unlock_bh(&call_lock);
 383         put_cpu();
 384         return 0;
 385 }
 386
 387 /*
 388  * this function sends a 'generic call function' IPI to all other CPUs
 389  * in the system.
 390  */
 391 static void __smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info,
 392                                 int nonatomic, int wait)
 393 {
 394         struct call_data_struct data;
 395         int cpus = num_online_cpus()-1;
 396
 397         if (!cpus)
 398                 return;
 399
 400         data.func = func;
 401         data.info = info;
 402         atomic_set(&data.started, 0);
 403         data.wait = wait;
 404         if (wait)
 405                 atomic_set(&data.finished, 0);
 406
 407         call_data = &data;
 408         wmb();
 409         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 410         send_IPI_allbutself(CALL_FUNCTION_VECTOR);
 411
 412         /* Wait for response */
 413         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 414                 cpu_relax();
 415
 416         if (!wait)
 417                 return;
 418
 419         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 420                 cpu_relax();
 421 }
 422
 423 /*
 424  * smp_call_function - run a function on all other CPUs.
 425  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 426  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 427  * @nonatomic: currently unused.
 428  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed on other
 429  *        CPUs.
 430  *
 431  * Returns 0 on success, else a negative status code. Does not return until
 432  * remote CPUs are nearly ready to execute func or are or have executed.
 433  *
 434  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
 435  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
 436  * Actually there are a few legal cases, like panic.
 437  */
 438 int smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info, int nonatomic,
 439                         int wait)
 440 {
 441         spin_lock(&call_lock);
 442         __smp_call_function(func,info,nonatomic,wait);
 443         spin_unlock(&call_lock);
 444         return 0;
 445 }
 446
 447 void smp_stop_cpu(void)
 448 {
 449         unsigned long flags;
 450         /*
 451          * Remove this CPU:
 452          */
 453         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_online_map);
 454         local_irq_save(flags);
 455         disable_local_APIC();
 456         local_irq_restore(flags);
 457 }
 458
 459 static void smp_really_stop_cpu(void *dummy)
 460 {
 461         smp_stop_cpu();
 462         for (;;)
 463                 asm("hlt");
 464 }
 465
 466 void smp_send_stop(void)
 467 {
 468         int nolock = 0;
 469         if (reboot_force)
 470                 return;
 471         /* Don't deadlock on the call lock in panic */
 472         if (!spin_trylock(&call_lock)) {
 473                 /* ignore locking because we have paniced anyways */
 474                 nolock = 1;
 475         }
 476         __smp_call_function(smp_really_stop_cpu, NULL, 0, 0);
 477         if (!nolock)
 478                 spin_unlock(&call_lock);
 479
 480         local_irq_disable();
 481         disable_local_APIC();
 482         local_irq_enable();
 483 }
 484
 485 /*
 486  * Reschedule call back. Nothing to do,
 487  * all the work is done automatically when
 488  * we return from the interrupt.
 489  */
 490 asmlinkage void smp_reschedule_interrupt(void)
 491 {
 492         ack_APIC_irq();
 493 }
 494
 495 asmlinkage void smp_call_function_interrupt(void)
 496 {
 497         void (*func) (void *info) = call_data->func;
 498         void *info = call_data->info;
 499         int wait = call_data->wait;
 500
 501         ack_APIC_irq();
 502         /*
 503          * Notify initiating CPU that I've grabbed the data and am
 504          * about to execute the function
 505          */
 506         mb();
 507         atomic_inc(&call_data->started);
 508         /*
 509          * At this point the info structure may be out of scope unless wait==1
 510          */
 511         exit_idle();
 512         irq_enter();
 513         (*func)(info);
 514         irq_exit();
 515         if (wait) {
 516                 mb();
 517                 atomic_inc(&call_data->finished);
 518         }
 519 }
 520
 521 int safe_smp_processor_id(void)
 522 {
 523         int apicid, i;
 524
 525         if (disable_apic)
 526                 return 0;
 527
 528         apicid = hard_smp_processor_id();
 529         if (x86_cpu_to_apicid[apicid] == apicid)
 530                 return apicid;
 531
 532         for (i = 0; i < NR_CPUS; ++i) {
 533                 if (x86_cpu_to_apicid[i] == apicid)
 534                         return i;
 535         }
 536
 537         /* No entries in x86_cpu_to_apicid?  Either no MPS|ACPI,
 538          * or called too early.  Either way, we must be CPU 0. */
 539         if (x86_cpu_to_apicid[0] == BAD_APICID)
 540                 return 0;
 541
 542         return 0; /* Should not happen */
 543 }