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 #define FLUSH_ALL       -1ULL
  59                 spinlock_t tlbstate_lock;
  60         };
  61         char pad[SMP_CACHE_BYTES];
  62 } ____cacheline_aligned;
  63
  64 /* State is put into the per CPU data section, but padded
  65    to a full cache line because other CPUs can access it and we don't
  66    want false sharing in the per cpu data segment. */
  67 static DEFINE_PER_CPU(union smp_flush_state, flush_state);
  68
  69 /*
  70  * We cannot call mmdrop() because we are in interrupt context,
  71  * instead update mm->cpu_vm_mask.
  72  */
  73 static inline void leave_mm(int cpu)
  74 {
  75         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_OK)
  76                 BUG();
  77         cpu_clear(cpu, read_pda(active_mm)->cpu_vm_mask);
  78         load_cr3(swapper_pg_dir);
  79 }
  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_rax - 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 == 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 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, i).tlbstate_lock);
 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 EXPORT_SYMBOL(flush_tlb_current_task);
 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 EXPORT_SYMBOL(flush_tlb_mm);
 249
 250 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct * vma, unsigned long va)
 251 {
 252         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 253         cpumask_t cpu_mask;
 254
 255         preempt_disable();
 256         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 257         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 258
 259         if (current->active_mm == mm) {
 260                 if(current->mm)
 261                         __flush_tlb_one(va);
 262                  else
 263                         leave_mm(smp_processor_id());
 264         }
 265
 266         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 267                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, va);
 268
 269         preempt_enable();
 270 }
 271 EXPORT_SYMBOL(flush_tlb_page);
 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 void smp_send_reschedule(int cpu)
 294 {
 295         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), RESCHEDULE_VECTOR);
 296 }
 297
 298 /*
 299  * Structure and data for smp_call_function(). This is designed to minimise
 300  * static memory requirements. It also looks cleaner.
 301  */
 302 static DEFINE_SPINLOCK(call_lock);
 303
 304 struct call_data_struct {
 305         void (*func) (void *info);
 306         void *info;
 307         atomic_t started;
 308         atomic_t finished;
 309         int wait;
 310 };
 311
 312 static struct call_data_struct * call_data;
 313
 314 void lock_ipi_call_lock(void)
 315 {
 316         spin_lock_irq(&call_lock);
 317 }
 318
 319 void unlock_ipi_call_lock(void)
 320 {
 321         spin_unlock_irq(&call_lock);
 322 }
 323
 324 /*
 325  * this function sends a 'generic call function' IPI to one other CPU
 326  * in the system.
 327  *
 328  * cpu is a standard Linux logical CPU number.
 329  */
 330 static void
 331 __smp_call_function_single(int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 332                                 int nonatomic, int wait)
 333 {
 334         struct call_data_struct data;
 335         int cpus = 1;
 336
 337         data.func = func;
 338         data.info = info;
 339         atomic_set(&data.started, 0);
 340         data.wait = wait;
 341         if (wait)
 342                 atomic_set(&data.finished, 0);
 343
 344         call_data = &data;
 345         wmb();
 346         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 347         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), CALL_FUNCTION_VECTOR);
 348
 349         /* Wait for response */
 350         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 351                 cpu_relax();
 352
 353         if (!wait)
 354                 return;
 355
 356         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 357                 cpu_relax();
 358 }
 359
 360 /*
 361  * smp_call_function_single - Run a function on a specific CPU
 362  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 363  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 364  * @nonatomic: Currently unused.
 365  * @wait: If true, wait until function has completed on other CPUs.
 366  *
 367  * Retrurns 0 on success, else a negative status code.
 368  *
 369  * Does not return until the remote CPU is nearly ready to execute <func>
 370  * or is or has executed.
 371  */
 372
 373 int smp_call_function_single (int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 374         int nonatomic, int wait)
 375 {
 376         /* prevent preemption and reschedule on another processor */
 377         int me = get_cpu();
 378
 379         /* Can deadlock when called with interrupts disabled */
 380         WARN_ON(irqs_disabled());
 381
 382         if (cpu == me) {
 383                 local_irq_disable();
 384                 func(info);
 385                 local_irq_enable();
 386                 put_cpu();
 387                 return 0;
 388         }
 389
 390         spin_lock(&call_lock);
 391         __smp_call_function_single(cpu, func, info, nonatomic, wait);
 392         spin_unlock(&call_lock);
 393         put_cpu();
 394         return 0;
 395 }
 396 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function_single);
 397
 398 /*
 399  * this function sends a 'generic call function' IPI to all other CPUs
 400  * in the system.
 401  */
 402 static void __smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info,
 403                                 int nonatomic, int wait)
 404 {
 405         struct call_data_struct data;
 406         int cpus = num_online_cpus()-1;
 407
 408         if (!cpus)
 409                 return;
 410
 411         data.func = func;
 412         data.info = info;
 413         atomic_set(&data.started, 0);
 414         data.wait = wait;
 415         if (wait)
 416                 atomic_set(&data.finished, 0);
 417
 418         call_data = &data;
 419         wmb();
 420         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 421         send_IPI_allbutself(CALL_FUNCTION_VECTOR);
 422
 423         /* Wait for response */
 424         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 425                 cpu_relax();
 426
 427         if (!wait)
 428                 return;
 429
 430         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 431                 cpu_relax();
 432 }
 433
 434 /*
 435  * smp_call_function - run a function on all other CPUs.
 436  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 437  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 438  * @nonatomic: currently unused.
 439  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed on other
 440  *        CPUs.
 441  *
 442  * Returns 0 on success, else a negative status code. Does not return until
 443  * remote CPUs are nearly ready to execute func or are or have executed.
 444  *
 445  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
 446  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
 447  * Actually there are a few legal cases, like panic.
 448  */
 449 int smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info, int nonatomic,
 450                         int wait)
 451 {
 452         spin_lock(&call_lock);
 453         __smp_call_function(func,info,nonatomic,wait);
 454         spin_unlock(&call_lock);
 455         return 0;
 456 }
 457 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function);
 458
 459 static void stop_this_cpu(void *dummy)
 460 {
 461         local_irq_disable();
 462         /*
 463          * Remove this CPU:
 464          */
 465         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_online_map);
 466         disable_local_APIC();
 467         for (;;)
 468                 halt();
 469 }
 470
 471 void smp_send_stop(void)
 472 {
 473         int nolock;
 474         unsigned long flags;
 475
 476         if (reboot_force)
 477                 return;
 478
 479         /* Don't deadlock on the call lock in panic */
 480         nolock = !spin_trylock(&call_lock);
 481         local_irq_save(flags);
 482         __smp_call_function(stop_this_cpu, NULL, 0, 0);
 483         if (!nolock)
 484                 spin_unlock(&call_lock);
 485         disable_local_APIC();
 486         local_irq_restore(flags);
 487 }
 488
 489 /*
 490  * Reschedule call back. Nothing to do,
 491  * all the work is done automatically when
 492  * we return from the interrupt.
 493  */
 494 asmlinkage void smp_reschedule_interrupt(void)
 495 {
 496         ack_APIC_irq();
 497         add_pda(irq_resched_count, 1);
 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         exit_idle();
 517         irq_enter();
 518         (*func)(info);
 519         add_pda(irq_call_count, 1);
 520         irq_exit();
 521         if (wait) {
 522                 mb();
 523                 atomic_inc(&call_data->finished);
 524         }
 525 }
 526