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
  31 #define __cpuinit __init
  32
  33 /*
  34  *      Smarter SMP flushing macros.
  35  *              c/o Linus Torvalds.
  36  *
  37  *      These mean you can really definitely utterly forget about
  38  *      writing to user space from interrupts. (Its not allowed anyway).
  39  *
  40  *      Optimizations Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
  41  *
  42  *      More scalable flush, from Andi Kleen
  43  *
  44  *      To avoid global state use 8 different call vectors.
  45  *      Each CPU uses a specific vector to trigger flushes on other
  46  *      CPUs. Depending on the received vector the target CPUs look into
  47  *      the right per cpu variable for the flush data.
  48  *
  49  *      With more than 8 CPUs they are hashed to the 8 available
  50  *      vectors. The limited global vector space forces us to this right now.
  51  *      In future when interrupts are split into per CPU domains this could be
  52  *      fixed, at the cost of triggering multiple IPIs in some cases.
  53  */
  54
  55 union smp_flush_state {
  56         struct {
  57                 cpumask_t flush_cpumask;
  58                 struct mm_struct *flush_mm;
  59                 unsigned long flush_va;
  60 #define FLUSH_ALL       -1ULL
  61                 spinlock_t tlbstate_lock;
  62         };
  63         char pad[SMP_CACHE_BYTES];
  64 } ____cacheline_aligned;
  65
  66 /* State is put into the per CPU data section, but padded
  67    to a full cache line because other CPUs can access it and we don't
  68    want false sharing in the per cpu data segment. */
  69 static DEFINE_PER_CPU(union smp_flush_state, flush_state);
  70
  71 /*
  72  * We cannot call mmdrop() because we are in interrupt context,
  73  * instead update mm->cpu_vm_mask.
  74  */
  75 static inline void leave_mm(int cpu)
  76 {
  77         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_OK)
  78                 BUG();
  79         clear_bit(cpu, &read_pda(active_mm)->cpu_vm_mask);
  80         load_cr3(swapper_pg_dir);
  81 }
  82
  83 /*
  84  *
  85  * The flush IPI assumes that a thread switch happens in this order:
  86  * [cpu0: the cpu that switches]
  87  * 1) switch_mm() either 1a) or 1b)
  88  * 1a) thread switch to a different mm
  89  * 1a1) clear_bit(cpu, &old_mm->cpu_vm_mask);
  90  *      Stop ipi delivery for the old mm. This is not synchronized with
  91  *      the other cpus, but smp_invalidate_interrupt ignore flush ipis
  92  *      for the wrong mm, and in the worst case we perform a superfluous
  93  *      tlb flush.
  94  * 1a2) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
  95  *      Now the smp_invalidate_interrupt won't call leave_mm if cpu0
  96  *      was in lazy tlb mode.
  97  * 1a3) update cpu active_mm
  98  *      Now cpu0 accepts tlb flushes for the new mm.
  99  * 1a4) set_bit(cpu, &new_mm->cpu_vm_mask);
 100  *      Now the other cpus will send tlb flush ipis.
 101  * 1a4) change cr3.
 102  * 1b) thread switch without mm change
 103  *      cpu active_mm is correct, cpu0 already handles
 104  *      flush ipis.
 105  * 1b1) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
 106  * 1b2) test_and_set the cpu bit in cpu_vm_mask.
 107  *      Atomically set the bit [other cpus will start sending flush ipis],
 108  *      and test the bit.
 109  * 1b3) if the bit was 0: leave_mm was called, flush the tlb.
 110  * 2) switch %%esp, ie current
 111  *
 112  * The interrupt must handle 2 special cases:
 113  * - cr3 is changed before %%esp, ie. it cannot use current->{active_,}mm.
 114  * - the cpu performs speculative tlb reads, i.e. even if the cpu only
 115  *   runs in kernel space, the cpu could load tlb entries for user space
 116  *   pages.
 117  *
 118  * The good news is that cpu mmu_state is local to each cpu, no
 119  * write/read ordering problems.
 120  */
 121
 122 /*
 123  * TLB flush IPI:
 124  *
 125  * 1) Flush the tlb entries if the cpu uses the mm that's being flushed.
 126  * 2) Leave the mm if we are in the lazy tlb mode.
 127  *
 128  * Interrupts are disabled.
 129  */
 130
 131 asmlinkage void smp_invalidate_interrupt(struct pt_regs *regs)
 132 {
 133         int cpu;
 134         int sender;
 135         union smp_flush_state *f;
 136
 137         cpu = smp_processor_id();
 138         /*
 139          * orig_rax contains the interrupt vector - 256.
 140          * Use that to determine where the sender put the data.
 141          */
 142         sender = regs->orig_rax + 256 - INVALIDATE_TLB_VECTOR_START;
 143         f = &per_cpu(flush_state, sender);
 144
 145         if (!cpu_isset(cpu, f->flush_cpumask))
 146                 goto out;
 147                 /*
 148                  * This was a BUG() but until someone can quote me the
 149                  * line from the intel manual that guarantees an IPI to
 150                  * multiple CPUs is retried _only_ on the erroring CPUs
 151                  * its staying as a return
 152                  *
 153                  * BUG();
 154                  */
 155
 156         if (f->flush_mm == read_pda(active_mm)) {
 157                 if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_OK) {
 158                         if (f->flush_va == FLUSH_ALL)
 159                                 local_flush_tlb();
 160                         else
 161                                 __flush_tlb_one(f->flush_va);
 162                 } else
 163                         leave_mm(cpu);
 164         }
 165 out:
 166         ack_APIC_irq();
 167         cpu_clear(cpu, f->flush_cpumask);
 168 }
 169
 170 static void flush_tlb_others(cpumask_t cpumask, struct mm_struct *mm,
 171                                                 unsigned long va)
 172 {
 173         int sender;
 174         union smp_flush_state *f;
 175
 176         /* Caller has disabled preemption */
 177         sender = smp_processor_id() % NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS;
 178         f = &per_cpu(flush_state, sender);
 179
 180         /* Could avoid this lock when
 181            num_online_cpus() <= NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS, but it is
 182            probably not worth checking this for a cache-hot lock. */
 183         spin_lock(&f->tlbstate_lock);
 184
 185         f->flush_mm = mm;
 186         f->flush_va = va;
 187         cpus_or(f->flush_cpumask, cpumask, f->flush_cpumask);
 188
 189         /*
 190          * We have to send the IPI only to
 191          * CPUs affected.
 192          */
 193         send_IPI_mask(cpumask, INVALIDATE_TLB_VECTOR_START + sender);
 194
 195         while (!cpus_empty(f->flush_cpumask))
 196                 cpu_relax();
 197
 198         f->flush_mm = NULL;
 199         f->flush_va = 0;
 200         spin_unlock(&f->tlbstate_lock);
 201 }
 202
 203 int __cpuinit init_smp_flush(void)
 204 {
 205         int i;
 206         for_each_cpu_mask(i, cpu_possible_map) {
 207                 spin_lock_init(&per_cpu(flush_state.tlbstate_lock, i));
 208         }
 209         return 0;
 210 }
 211
 212 core_initcall(init_smp_flush);
 213
 214 void flush_tlb_current_task(void)
 215 {
 216         struct mm_struct *mm = current->mm;
 217         cpumask_t cpu_mask;
 218
 219         preempt_disable();
 220         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 221         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 222
 223         local_flush_tlb();
 224         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 225                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
 226         preempt_enable();
 227 }
 228
 229 void flush_tlb_mm (struct mm_struct * mm)
 230 {
 231         cpumask_t cpu_mask;
 232
 233         preempt_disable();
 234         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 235         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 236
 237         if (current->active_mm == mm) {
 238                 if (current->mm)
 239                         local_flush_tlb();
 240                 else
 241                         leave_mm(smp_processor_id());
 242         }
 243         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 244                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
 245
 246         preempt_enable();
 247 }
 248
 249 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct * vma, unsigned long va)
 250 {
 251         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 252         cpumask_t cpu_mask;
 253
 254         preempt_disable();
 255         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 256         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 257
 258         if (current->active_mm == mm) {
 259                 if(current->mm)
 260                         __flush_tlb_one(va);
 261                  else
 262                         leave_mm(smp_processor_id());
 263         }
 264
 265         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 266                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, va);
 267
 268         preempt_enable();
 269 }
 270
 271 static void do_flush_tlb_all(void* info)
 272 {
 273         unsigned long cpu = smp_processor_id();
 274
 275         __flush_tlb_all();
 276         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_LAZY)
 277                 leave_mm(cpu);
 278 }
 279
 280 void flush_tlb_all(void)
 281 {
 282         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1, 1);
 283 }
 284
 285 void smp_kdb_stop(void)
 286 {
 287         send_IPI_allbutself(KDB_VECTOR);
 288 }
 289
 290 /*
 291  * this function sends a 'reschedule' IPI to another CPU.
 292  * it goes straight through and wastes no time serializing
 293  * anything. Worst case is that we lose a reschedule ...
 294  */
 295
 296 void smp_send_reschedule(int cpu)
 297 {
 298         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), RESCHEDULE_VECTOR);
 299 }
 300
 301 /*
 302  * Structure and data for smp_call_function(). This is designed to minimise
 303  * static memory requirements. It also looks cleaner.
 304  */
 305 static DEFINE_SPINLOCK(call_lock);
 306
 307 struct call_data_struct {
 308         void (*func) (void *info);
 309         void *info;
 310         atomic_t started;
 311         atomic_t finished;
 312         int wait;
 313 };
 314
 315 static struct call_data_struct * call_data;
 316
 317 void lock_ipi_call_lock(void)
 318 {
 319         spin_lock_irq(&call_lock);
 320 }
 321
 322 void unlock_ipi_call_lock(void)
 323 {
 324         spin_unlock_irq(&call_lock);
 325 }
 326
 327 /*
 328  * this function sends a 'generic call function' IPI to one other CPU
 329  * in the system.
 330  *
 331  * cpu is a standard Linux logical CPU number.
 332  */
 333 static void
 334 __smp_call_function_single(int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 335                                 int nonatomic, int wait)
 336 {
 337         struct call_data_struct data;
 338         int cpus = 1;
 339
 340         data.func = func;
 341         data.info = info;
 342         atomic_set(&data.started, 0);
 343         data.wait = wait;
 344         if (wait)
 345                 atomic_set(&data.finished, 0);
 346
 347         call_data = &data;
 348         wmb();
 349         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 350         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), CALL_FUNCTION_VECTOR);
 351
 352         /* Wait for response */
 353         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 354                 cpu_relax();
 355
 356         if (!wait)
 357                 return;
 358
 359         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 360                 cpu_relax();
 361 }
 362
 363 /*
 364  * smp_call_function_single - Run a function on another CPU
 365  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 366  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 367  * @nonatomic: Currently unused.
 368  * @wait: If true, wait until function has completed on other CPUs.
 369  *
 370  * Retrurns 0 on success, else a negative status code.
 371  *
 372  * Does not return until the remote CPU is nearly ready to execute <func>
 373  * or is or has executed.
 374  */
 375
 376 int smp_call_function_single (int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 377         int nonatomic, int wait)
 378 {
 379         /* prevent preemption and reschedule on another processor */
 380         int me = get_cpu();
 381         if (cpu == me) {
 382                 WARN_ON(1);
 383                 put_cpu();
 384                 return -EBUSY;
 385         }
 386         spin_lock_bh(&call_lock);
 387         __smp_call_function_single(cpu, func, info, nonatomic, wait);
 388         spin_unlock_bh(&call_lock);
 389         put_cpu();
 390         return 0;
 391 }
 392
 393 /*
 394  * this function sends a 'generic call function' IPI to all other CPUs
 395  * in the system.
 396  */
 397 static void __smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info,
 398                                 int nonatomic, int wait)
 399 {
 400         struct call_data_struct data;
 401         int cpus = num_online_cpus()-1;
 402
 403         if (!cpus)
 404                 return;
 405
 406         data.func = func;
 407         data.info = info;
 408         atomic_set(&data.started, 0);
 409         data.wait = wait;
 410         if (wait)
 411                 atomic_set(&data.finished, 0);
 412
 413         call_data = &data;
 414         wmb();
 415         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 416         send_IPI_allbutself(CALL_FUNCTION_VECTOR);
 417
 418         /* Wait for response */
 419         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 420                 cpu_relax();
 421
 422         if (!wait)
 423                 return;
 424
 425         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 426                 cpu_relax();
 427 }
 428
 429 /*
 430  * smp_call_function - run a function on all other CPUs.
 431  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 432  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 433  * @nonatomic: currently unused.
 434  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed on other
 435  *        CPUs.
 436  *
 437  * Returns 0 on success, else a negative status code. Does not return until
 438  * remote CPUs are nearly ready to execute func or are or have executed.
 439  *
 440  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
 441  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
 442  * Actually there are a few legal cases, like panic.
 443  */
 444 int smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info, int nonatomic,
 445                         int wait)
 446 {
 447         spin_lock(&call_lock);
 448         __smp_call_function(func,info,nonatomic,wait);
 449         spin_unlock(&call_lock);
 450         return 0;
 451 }
 452
 453 void smp_stop_cpu(void)
 454 {
 455         /*
 456          * Remove this CPU:
 457          */
 458         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_online_map);
 459         local_irq_disable();
 460         disable_local_APIC();
 461         local_irq_enable();
 462 }
 463
 464 static void smp_really_stop_cpu(void *dummy)
 465 {
 466         smp_stop_cpu();
 467         for (;;)
 468                 asm("hlt");
 469 }
 470
 471 void smp_send_stop(void)
 472 {
 473         int nolock = 0;
 474         if (reboot_force)
 475                 return;
 476         /* Don't deadlock on the call lock in panic */
 477         if (!spin_trylock(&call_lock)) {
 478                 /* ignore locking because we have paniced anyways */
 479                 nolock = 1;
 480         }
 481         __smp_call_function(smp_really_stop_cpu, NULL, 0, 0);
 482         if (!nolock)
 483                 spin_unlock(&call_lock);
 484
 485         local_irq_disable();
 486         disable_local_APIC();
 487         local_irq_enable();
 488 }
 489
 490 /*
 491  * Reschedule call back. Nothing to do,
 492  * all the work is done automatically when
 493  * we return from the interrupt.
 494  */
 495 asmlinkage void smp_reschedule_interrupt(void)
 496 {
 497         ack_APIC_irq();
 498 }
 499
 500 asmlinkage void smp_call_function_interrupt(void)
 501 {
 502         void (*func) (void *info) = call_data->func;
 503         void *info = call_data->info;
 504         int wait = call_data->wait;
 505
 506         ack_APIC_irq();
 507         /*
 508          * Notify initiating CPU that I've grabbed the data and am
 509          * about to execute the function
 510          */
 511         mb();
 512         atomic_inc(&call_data->started);
 513         /*
 514          * At this point the info structure may be out of scope unless wait==1
 515          */
 516         irq_enter();
 517         (*func)(info);
 518         irq_exit();
 519         if (wait) {
 520                 mb();
 521                 atomic_inc(&call_data->finished);
 522         }
 523 }
 524
 525 int safe_smp_processor_id(void)
 526 {
 527         int apicid, i;
 528
 529         if (disable_apic)
 530                 return 0;
 531
 532         apicid = hard_smp_processor_id();
 533         if (x86_cpu_to_apicid[apicid] == apicid)
 534                 return apicid;
 535
 536         for (i = 0; i < NR_CPUS; ++i) {
 537                 if (x86_cpu_to_apicid[i] == apicid)
 538                         return i;
 539         }
 540
 541         /* No entries in x86_cpu_to_apicid?  Either no MPS|ACPI,
 542          * or called too early.  Either way, we must be CPU 0. */
 543         if (x86_cpu_to_apicid[0] == BAD_APICID)
 544                 return 0;
 545
 546         return 0; /* Should not happen */
 547 }