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.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 }
 167
 168 static void flush_tlb_others(cpumask_t cpumask, struct mm_struct *mm,
 169                                                 unsigned long va)
 170 {
 171         int sender;
 172         union smp_flush_state *f;
 173
 174         /* Caller has disabled preemption */
 175         sender = smp_processor_id() % NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS;
 176         f = &per_cpu(flush_state, sender);
 177
 178         /* Could avoid this lock when
 179            num_online_cpus() <= NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS, but it is
 180            probably not worth checking this for a cache-hot lock. */
 181         spin_lock(&f->tlbstate_lock);
 182
 183         f->flush_mm = mm;
 184         f->flush_va = va;
 185         cpus_or(f->flush_cpumask, cpumask, f->flush_cpumask);
 186
 187         /*
 188          * We have to send the IPI only to
 189          * CPUs affected.
 190          */
 191         send_IPI_mask(cpumask, INVALIDATE_TLB_VECTOR_START + sender);
 192
 193         while (!cpus_empty(f->flush_cpumask))
 194                 cpu_relax();
 195
 196         f->flush_mm = NULL;
 197         f->flush_va = 0;
 198         spin_unlock(&f->tlbstate_lock);
 199 }
 200
 201 int __cpuinit init_smp_flush(void)
 202 {
 203         int i;
 204         for_each_cpu_mask(i, cpu_possible_map) {
 205                 spin_lock_init(&per_cpu(flush_state, i).tlbstate_lock);
 206         }
 207         return 0;
 208 }
 209
 210 core_initcall(init_smp_flush);
 211
 212 void flush_tlb_current_task(void)
 213 {
 214         struct mm_struct *mm = current->mm;
 215         cpumask_t cpu_mask;
 216
 217         preempt_disable();
 218         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
 219         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
 220
 221         local_flush_tlb();
 222         if (!cpus_empty(cpu_mask))
 223                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
 224         preempt_enable();
 225 }
 226 EXPORT_SYMBOL(flush_tlb_current_task);
 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 EXPORT_SYMBOL(flush_tlb_mm);
 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 EXPORT_SYMBOL(flush_tlb_page);
 271
 272 static void do_flush_tlb_all(void* info)
 273 {
 274         unsigned long cpu = smp_processor_id();
 275
 276         __flush_tlb_all();
 277         if (read_pda(mmu_state) == TLBSTATE_LAZY)
 278                 leave_mm(cpu);
 279 }
 280
 281 void flush_tlb_all(void)
 282 {
 283         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1, 1);
 284 }
 285
 286 /*
 287  * this function sends a 'reschedule' IPI to another CPU.
 288  * it goes straight through and wastes no time serializing
 289  * anything. Worst case is that we lose a reschedule ...
 290  */
 291
 292 void smp_send_reschedule(int cpu)
 293 {
 294         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), RESCHEDULE_VECTOR);
 295 }
 296
 297 /*
 298  * Structure and data for smp_call_function(). This is designed to minimise
 299  * static memory requirements. It also looks cleaner.
 300  */
 301 static DEFINE_SPINLOCK(call_lock);
 302
 303 struct call_data_struct {
 304         void (*func) (void *info);
 305         void *info;
 306         atomic_t started;
 307         atomic_t finished;
 308         int wait;
 309 };
 310
 311 static struct call_data_struct * call_data;
 312
 313 void lock_ipi_call_lock(void)
 314 {
 315         spin_lock_irq(&call_lock);
 316 }
 317
 318 void unlock_ipi_call_lock(void)
 319 {
 320         spin_unlock_irq(&call_lock);
 321 }
 322
 323 /*
 324  * this function sends a 'generic call function' IPI to one other CPU
 325  * in the system.
 326  *
 327  * cpu is a standard Linux logical CPU number.
 328  */
 329 static void
 330 __smp_call_function_single(int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 331                                 int nonatomic, int wait)
 332 {
 333         struct call_data_struct data;
 334         int cpus = 1;
 335
 336         data.func = func;
 337         data.info = info;
 338         atomic_set(&data.started, 0);
 339         data.wait = wait;
 340         if (wait)
 341                 atomic_set(&data.finished, 0);
 342
 343         call_data = &data;
 344         wmb();
 345         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 346         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), CALL_FUNCTION_VECTOR);
 347
 348         /* Wait for response */
 349         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 350                 cpu_relax();
 351
 352         if (!wait)
 353                 return;
 354
 355         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 356                 cpu_relax();
 357 }
 358
 359 /*
 360  * smp_call_function_single - Run a function on a specific CPU
 361  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 362  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 363  * @nonatomic: Currently unused.
 364  * @wait: If true, wait until function has completed on other CPUs.
 365  *
 366  * Retrurns 0 on success, else a negative status code.
 367  *
 368  * Does not return until the remote CPU is nearly ready to execute <func>
 369  * or is or has executed.
 370  */
 371
 372 int smp_call_function_single (int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
 373         int nonatomic, int wait)
 374 {
 375         /* prevent preemption and reschedule on another processor */
 376         int me = get_cpu();
 377
 378         /* Can deadlock when called with interrupts disabled */
 379         WARN_ON(irqs_disabled());
 380
 381         if (cpu == me) {
 382                 local_irq_disable();
 383                 func(info);
 384                 local_irq_enable();
 385                 put_cpu();
 386                 return 0;
 387         }
 388
 389         spin_lock(&call_lock);
 390         __smp_call_function_single(cpu, func, info, nonatomic, wait);
 391         spin_unlock(&call_lock);
 392         put_cpu();
 393         return 0;
 394 }
 395 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function_single);
 396
 397 /*
 398  * this function sends a 'generic call function' IPI to all other CPUs
 399  * in the system.
 400  */
 401 static void __smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info,
 402                                 int nonatomic, int wait)
 403 {
 404         struct call_data_struct data;
 405         int cpus = num_online_cpus()-1;
 406
 407         if (!cpus)
 408                 return;
 409
 410         data.func = func;
 411         data.info = info;
 412         atomic_set(&data.started, 0);
 413         data.wait = wait;
 414         if (wait)
 415                 atomic_set(&data.finished, 0);
 416
 417         call_data = &data;
 418         wmb();
 419         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
 420         send_IPI_allbutself(CALL_FUNCTION_VECTOR);
 421
 422         /* Wait for response */
 423         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
 424                 cpu_relax();
 425
 426         if (!wait)
 427                 return;
 428
 429         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
 430                 cpu_relax();
 431 }
 432
 433 /*
 434  * smp_call_function - run a function on all other CPUs.
 435  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
 436  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
 437  * @nonatomic: currently unused.
 438  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed on other
 439  *        CPUs.
 440  *
 441  * Returns 0 on success, else a negative status code. Does not return until
 442  * remote CPUs are nearly ready to execute func or are or have executed.
 443  *
 444  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
 445  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
 446  * Actually there are a few legal cases, like panic.
 447  */
 448 int smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info, int nonatomic,
 449                         int wait)
 450 {
 451         spin_lock(&call_lock);
 452         __smp_call_function(func,info,nonatomic,wait);
 453         spin_unlock(&call_lock);
 454         return 0;
 455 }
 456 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function);
 457
 458 static void stop_this_cpu(void *dummy)
 459 {
 460         local_irq_disable();
 461         /*
 462          * Remove this CPU:
 463          */
 464         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_online_map);
 465         disable_local_APIC();
 466         for (;;)
 467                 halt();
 468 }
 469
 470 void smp_send_stop(void)
 471 {
 472         int nolock;
 473         unsigned long flags;
 474
 475         if (reboot_force)
 476                 return;
 477
 478         /* Don't deadlock on the call lock in panic */
 479         nolock = !spin_trylock(&call_lock);
 480         local_irq_save(flags);
 481         __smp_call_function(stop_this_cpu, NULL, 0, 0);
 482         if (!nolock)
 483                 spin_unlock(&call_lock);
 484         disable_local_APIC();
 485         local_irq_restore(flags);
 486 }
 487
 488 /*
 489  * Reschedule call back. Nothing to do,
 490  * all the work is done automatically when
 491  * we return from the interrupt.
 492  */
 493 asmlinkage void smp_reschedule_interrupt(void)
 494 {
 495         ack_APIC_irq();
 496 }
 497
 498 asmlinkage void smp_call_function_interrupt(void)
 499 {
 500         void (*func) (void *info) = call_data->func;
 501         void *info = call_data->info;
 502         int wait = call_data->wait;
 503
 504         ack_APIC_irq();
 505         /*
 506          * Notify initiating CPU that I've grabbed the data and am
 507          * about to execute the function
 508          */
 509         mb();
 510         atomic_inc(&call_data->started);
 511         /*
 512          * At this point the info structure may be out of scope unless wait==1
 513          */
 514         exit_idle();
 515         irq_enter();
 516         (*func)(info);
 517         irq_exit();
 518         if (wait) {
 519                 mb();
 520                 atomic_inc(&call_data->finished);
 521         }
 522 }
 523