arch/x86/kernel/smp_64.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.h>
  18 #include <linux/kernel_stat.h>
  19 #include <linux/mc146818rtc.h>
  20 #include <linux/interrupt.h>
  21
  22 #include <asm/mtrr.h>
  23 #include <asm/pgalloc.h>
  24 #include <asm/tlbflush.h>
  25 #include <asm/mach_apic.h>
  26 #include <asm/mmu_context.h>
  27 #include <asm/proto.h>
  28 #include <asm/apicdef.h>
  29 #include <asm/idle.h>
  30
  31 /*
  32  *      Smarter SMP flushing macros.
  33  *              c/o Linus Torvalds.
  34  *
  35  *      These mean you can really definitely utterly forget about
  36  *      writing to user space from interrupts. (Its not allowed anyway).
  37  *
  38  *      Optimizations Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
  39  *
  40  *      More scalable flush, from Andi Kleen
  41  *
  42  *      To avoid global state use 8 different call vectors.
  43  *      Each CPU uses a specific vector to trigger flushes on other
  44  *      CPUs. Depending on the received vector the target CPUs look into
  45  *      the right per cpu variable for the flush data.
  46  *
  47  *      With more than 8 CPUs they are hashed to the 8 available
  48  *      vectors. The limited global vector space forces us to this right now.
  49  *      In future when interrupts are split into per CPU domains this could be
  50  *      fixed, at the cost of triggering multiple IPIs in some cases.
  51  */
  52
  53 union smp_flush_state {
  54         struct {
  55                 cpumask_t flush_cpumask;
  56                 struct mm_struct *flush_mm;
  57                 unsigned long flush_va;
  58                 spinlock_t tlbstate_lock;
  59         };
  60         char pad[SMP_CACHE_BYTES];
  61 } ____cacheline_aligned;
  62
  63 /* State is put into the per CPU data section, but padded
  64    to a full cache line because other CPUs can access it and we don't
  65    want false sharing in the per cpu data segment. */
  66 static DEFINE_PER_CPU(union smp_flush_state, flush_state);
  67
  68 /*
  69  * We cannot call mmdrop() because we are in interrupt context,
  70  * instead update mm->cpu_vm_mask.
  71  */
  72 void leave_mm(int cpu)
  73 {
  74         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_OK)
  75                 BUG();
  76         cpu_clear(cpu, read_pda(active_mm)->cpu_vm_mask);
  77         load_cr3(swapper_pg_dir);
  78 }
  79 EXPORT_SYMBOL_GPL(leave_mm);
  80
  81 /*
  82  *
  83  * The flush IPI assumes that a thread switch happens in this order:
  84  * [cpu0: the cpu that switches]
  85  * 1) switch_mm() either 1a) or 1b)
  86  * 1a) thread switch to a different mm
  87  * 1a1) cpu_clear(cpu, old_mm->cpu_vm_mask);
  88  *      Stop ipi delivery for the old mm. This is not synchronized with
  89  *      the other cpus, but smp_invalidate_interrupt ignore flush ipis
  90  *      for the wrong mm, and in the worst case we perform a superfluous
  91  *      tlb flush.
  92  * 1a2) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
  93  *      Now the smp_invalidate_interrupt won't call leave_mm if cpu0
  94  *      was in lazy tlb mode.
  95  * 1a3) update cpu active_mm
  96  *      Now cpu0 accepts tlb flushes for the new mm.
  97  * 1a4) cpu_set(cpu, new_mm->cpu_vm_mask);
  98  *      Now the other cpus will send tlb flush ipis.
  99  * 1a4) change cr3.
 100  * 1b) thread switch without mm change
 101  *      cpu active_mm is correct, cpu0 already handles
 102  *      flush ipis.
 103  * 1b1) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
 104  * 1b2) test_and_set the cpu bit in cpu_vm_mask.
 105  *      Atomically set the bit [other cpus will start sending flush ipis],
 106  *      and test the bit.
 107  * 1b3) if the bit was 0: leave_mm was called, flush the tlb.
 108  * 2) switch %%esp, ie current
 109  *
 110  * The interrupt must handle 2 special cases:
 111  * - cr3 is changed before %%esp, ie. it cannot use current->{active_,}mm.
 112  * - the cpu performs speculative tlb reads, i.e. even if the cpu only
 113  *   runs in kernel space, the cpu could load tlb entries for user space
 114  *   pages.
 115  *
 116  * The good news is that cpu mmu_state is local to each cpu, no
 117  * write/read ordering problems.
 118  */
 119
 120 /*
 121  * TLB flush IPI:
 122  *
 123  * 1) Flush the tlb entries if the cpu uses the mm that's being flushed.
 124  * 2) Leave the mm if we are in the lazy tlb mode.
 125  *
 126  * Interrupts are disabled.
 127  */
 128
 129 asmlinkage void smp_invalidate_interrupt(struct pt_regs *regs)
 130 {
 131         int cpu;
 132         int sender;
 133         union smp_flush_state *f;
 134
 135         cpu = smp_processor_id();
 136         /*
 137          * orig_rax contains the negated interrupt vector.
 138          * Use that to determine where the sender put the data.
 139          */
 140         sender = ~regs->orig_ax - INVALIDATE_TLB_VECTOR_START;
 141         f = &per_cpu(flush_state, sender);
 142
 143         if (!cpu_isset(cpu, f->flush_cpumask))
 144                 goto out;
 145                 /*
 146                  * This was a BUG() but until someone can quote me the
 147                  * line from the intel manual that guarantees an IPI to
 148                  * multiple CPUs is retried _only_ on the erroring CPUs
 149                  * its staying as a return
 150                  *
 151                  * BUG();
 152                  */
 153
 154         if (f->flush_mm == read_pda(active_mm)) {
 155                 if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_OK) {
 156                         if (f->flush_va == TLB_FLUSH_ALL)
 157                                 local_flush_tlb();
 158                         else
 159                                 __flush_tlb_one(f->flush_va);
 160                 } else
 161                         leave_mm(cpu);
 162         }
 163 out:
 164         ack_APIC_irq();
 165         cpu_clear(cpu, f->flush_cpumask);
 166         add_pda(irq_tlb_count, 1);
 167 }
 168
 169 void native_flush_tlb_others(const cpumask_t *cpumaskp, struct mm_struct *mm,
 170                              unsigned long va)
 171 {
 172         int sender;
 173         union smp_flush_state *f;
 174         cpumask_t cpumask = *cpumaskp;
 175
 176         /* Caller has disabled preemption */
 177         sender = smp_processor_id() % NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS;
 178         f = &per_cpu(flush_state, sender);
 179
 180         /*
 181          * Could avoid this lock when
 182          * num_online_cpus() <= NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS, but it is
 183          * probably not worth checking this for a cache-hot lock.
 184          */
 185         spin_lock(&f->tlbstate_lock);
 186
 187         f->flush_mm = mm;
 188         f->flush_va = va;
 189         cpus_or(f->flush_cpumask, cpumask, f->flush_cpumask);
 190
 191         /*
 192          * We have to send the IPI only to
 193          * CPUs affected.
 194          */
 195         send_IPI_mask(cpumask, INVALIDATE_TLB_VECTOR_START + sender);
 196
 197         while (!cpus_empty(f->flush_cpumask))
 198                 cpu_relax();
 199
 200         f->flush_mm = NULL;
 201         f->flush_va = 0;
 202         spin_unlock(&f->tlbstate_lock);
 203 }
 204
 205 int __cpuinit init_smp_flush(void)
 206 {
 207         int i;
 208
 209         for_each_cpu_mask(i, cpu_possible_map) {
 210                 spin_lock_init(&per_cpu(flush_state, i).tlbstate_lock);
 211         }
 212         return 0;
 213 }
 214 core_initcall(init_smp_flush);
 215
 216 void flush_tlb_current_task(void)
 217 {
 218         struct mm_struct *mm = current->mm;
 219         cpumask_t cpu_mask;
 220
 221         preempt_disable();
 222         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 223         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 224
 225         local_flush_tlb();
 226         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 227                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, TLB_FLUSH_ALL);
 228         preempt_enable();
 229 }
 230
 231 void flush_tlb_mm (struct mm_struct * mm)
 232 {
 233         cpumask_t cpu_mask;
 234
 235         preempt_disable();
 236         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 237         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 238
 239         if (current->active_mm == mm) {
 240                 if (current->mm)
 241                         local_flush_tlb();
 242                 else
 243                         leave_mm(smp_processor_id());
 244         }
 245         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 246                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, TLB_FLUSH_ALL);
 247
 248         preempt_enable();
 249 }
 250
 251 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct * vma, unsigned long va)
 252 {
 253         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 254         cpumask_t cpu_mask;
 255
 256         preempt_disable();
 257         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 258         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 259
 260         if (current->active_mm == mm) {
 261                 if(current->mm)
 262                         __flush_tlb_one(va);
 263                 else
 264                         leave_mm(smp_processor_id());
 265         }
 266
 267         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 268                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, va);
 269
 270         preempt_enable();
 271 }
 272
 273 static void do_flush_tlb_all(void* info)
 274 {
 275         unsigned long cpu = smp_processor_id();
 276
 277         __flush_tlb_all();
 278         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_LAZY)
 279                 leave_mm(cpu);
 280 }
 281
 282 void flush_tlb_all(void)
 283 {
 284         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1, 1);
 285 }
 286
 287 /*
 288  * this function sends a 'reschedule' IPI to another CPU.
 289  * it goes straight through and wastes no time serializing
 290  * anything. Worst case is that we lose a reschedule ...
 291  */
 292
 293 static void native_smp_send_reschedule(int cpu)
 294 {
 295         WARN_ON(cpu_is_offline(cpu));
 296         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), RESCHEDULE_VECTOR);
 297 }
 298
 299 /*
 300  * Structure and data for smp_call_function(). This is designed to minimise
 301  * static memory requirements. It also looks cleaner.
 302  */
 303 static DEFINE_SPINLOCK(call_lock);
 304
 305 struct call_data_struct {
 306         void (*func) (void *info);
 307         void *info;
 308         atomic_t started;
 309         atomic_t finished;
 310         int wait;
 311 };
 312
 313 static struct call_data_struct * call_data;
 314
 315 void lock_ipi_call_lock(void)
 316 {
 317         spin_lock_irq(&call_lock);
 318 }
 319
 320 void unlock_ipi_call_lock(void)
 321 {
 322         spin_unlock_irq(&call_lock);
 323 }
 324
 325 /*
 326  * this function sends a 'generic call function' IPI to all other CPU
 327  * of the system defined in the mask.
 328  */
 329 static int __smp_call_function_mask(cpumask_t mask,
 330                                     void (*func)(void *), void *info,
 331                                     int wait)
 332 {
 333         struct call_data_struct data;
 334         cpumask_t allbutself;
 335         int cpus;
 336
 337         allbutself = cpu_online_map;
 338         cpu_clear(smp_processor_id(), allbutself);
 339
 340         cpus_and(mask, mask, allbutself);
 341         cpus = cpus_weight(mask);
 342
 343         if (!cpus)
 344                 return 0;
 345
 346         data.func = func;
 347         data.info = info;
 348         atomic_set(&data.started, 0);
 349         data.wait = wait;
 350         if (wait)
 351                 atomic_set(&data.finished, 0);
 352
 353         call_data = &data;
 354         wmb();
 355
 356         /* Send a message to other CPUs */
 357         if (cpus_equal(mask, allbutself))
 358                 send_IPI_allbutself(CALL_FUNCTION_VECTOR);
 359         else
 360                 send_IPI_mask(mask, CALL_FUNCTION_VECTOR);
 361
 362         /* Wait for response */
 363         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 364                 cpu_relax();
 365
 366         if (!wait)
 367                 return 0;
 368
 369         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 370                 cpu_relax();
 371
 372         return 0;
 373 }
 374 /**
 375  * smp_call_function_mask(): Run a function on a set of other CPUs.
 376  * @mask: The set of cpus to run on.  Must not include the current cpu.
 377  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 378  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 379  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed on other CPUs.
 380  *
 381  * Returns 0 on success, else a negative status code.
 382  *
 383  * If @wait is true, then returns once @func has returned; otherwise
 384  * it returns just before the target cpu calls @func.
 385  *
 386  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
 387  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
 388  */
 389 int native_smp_call_function_mask(cpumask_t mask,
 390                                   void (*func)(void *), void *info,
 391                                   int wait)
 392 {
 393         int ret;
 394
 395         /* Can deadlock when called with interrupts disabled */
 396         WARN_ON(irqs_disabled());
 397
 398         spin_lock(&call_lock);
 399         ret = __smp_call_function_mask(mask, func, info, wait);
 400         spin_unlock(&call_lock);
 401         return ret;
 402 }
 403 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function_mask);
 404
 405 /*
 406  * smp_call_function_single - Run a function on a specific CPU
 407  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 408  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 409  * @nonatomic: Currently unused.
 410  * @wait: If true, wait until function has completed on other CPUs.
 411  *
 412  * Retrurns 0 on success, else a negative status code.
 413  *
 414  * Does not return until the remote CPU is nearly ready to execute <func>
 415  * or is or has executed.
 416  */
 417
 418 int smp_call_function_single (int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 419                               int nonatomic, int wait)
 420 {
 421         /* prevent preemption and reschedule on another processor */
 422         int ret, me = get_cpu();
 423
 424         /* Can deadlock when called with interrupts disabled */
 425         WARN_ON(irqs_disabled());
 426
 427         if (cpu == me) {
 428                 local_irq_disable();
 429                 func(info);
 430                 local_irq_enable();
 431                 put_cpu();
 432                 return 0;
 433         }
 434
 435         ret = smp_call_function_mask(cpumask_of_cpu(cpu), func, info, wait);
 436
 437         put_cpu();
 438         return ret;
 439 }
 440 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function_single);
 441
 442 /*
 443  * smp_call_function - run a function on all other CPUs.
 444  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 445  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 446  * @nonatomic: currently unused.
 447  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed on other
 448  *        CPUs.
 449  *
 450  * Returns 0 on success, else a negative status code. Does not return until
 451  * remote CPUs are nearly ready to execute func or are or have executed.
 452  *
 453  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
 454  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
 455  * Actually there are a few legal cases, like panic.
 456  */
 457 int smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info, int nonatomic,
 458                         int wait)
 459 {
 460         return smp_call_function_mask(cpu_online_map, func, info, wait);
 461 }
 462 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function);
 463
 464 static void stop_this_cpu(void *dummy)
 465 {
 466         local_irq_disable();
 467         /*
 468          * Remove this CPU:
 469          */
 470         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_online_map);
 471         disable_local_APIC();
 472         for (;;)
 473                 halt();
 474 }
 475
 476 void smp_send_stop(void)
 477 {
 478         int nolock;
 479         unsigned long flags;
 480
 481         if (reboot_force)
 482                 return;
 483
 484         /* Don't deadlock on the call lock in panic */
 485         nolock = !spin_trylock(&call_lock);
 486         local_irq_save(flags);
 487         __smp_call_function_mask(cpu_online_map, stop_this_cpu, NULL, 0);
 488         if (!nolock)
 489                 spin_unlock(&call_lock);
 490         disable_local_APIC();
 491         local_irq_restore(flags);
 492 }
 493
 494 /*
 495  * Reschedule call back. Nothing to do,
 496  * all the work is done automatically when
 497  * we return from the interrupt.
 498  */
 499 asmlinkage void smp_reschedule_interrupt(void)
 500 {
 501         ack_APIC_irq();
 502         add_pda(irq_resched_count, 1);
 503 }
 504
 505 asmlinkage void smp_call_function_interrupt(void)
 506 {
 507         void (*func) (void *info) = call_data->func;
 508         void *info = call_data->info;
 509         int wait = call_data->wait;
 510
 511         ack_APIC_irq();
 512         /*
 513          * Notify initiating CPU that I've grabbed the data and am
 514          * about to execute the function
 515          */
 516         mb();
 517         atomic_inc(&call_data->started);
 518         /*
 519          * At this point the info structure may be out of scope unless wait==1
 520          */
 521         exit_idle();
 522         irq_enter();
 523         (*func)(info);
 524         add_pda(irq_call_count, 1);
 525         irq_exit();
 526         if (wait) {
 527                 mb();
 528                 atomic_inc(&call_data->finished);
 529         }
 530 }
 531
 532 struct smp_ops smp_ops = {
 533         .smp_prepare_boot_cpu = native_smp_prepare_boot_cpu,
 534         .smp_prepare_cpus = native_smp_prepare_cpus,
 535         .smp_cpus_done = native_smp_cpus_done,
 536
 537         .smp_send_reschedule = native_smp_send_reschedule,
 538         .smp_call_function_mask = native_smp_call_function_mask,
 539         .cpu_up = native_cpu_up,
 540 };
 541 EXPORT_SYMBOL_GPL(smp_ops);