Merge branch 'release' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/lenb/linux...
[linux-2.6] / arch / i386 / 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  *
7  *      This code is released under the GNU General Public License version 2 or
8  *      later.
9  */
10
11 #include <linux/init.h>
12
13 #include <linux/mm.h>
14 #include <linux/delay.h>
15 #include <linux/spinlock.h>
16 #include <linux/smp_lock.h>
17 #include <linux/kernel_stat.h>
18 #include <linux/mc146818rtc.h>
19 #include <linux/cache.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/cpu.h>
22 #include <linux/module.h>
23
24 #include <asm/mtrr.h>
25 #include <asm/tlbflush.h>
26 #include <mach_apic.h>
27
28 /*
29  *      Some notes on x86 processor bugs affecting SMP operation:
30  *
31  *      Pentium, Pentium Pro, II, III (and all CPUs) have bugs.
32  *      The Linux implications for SMP are handled as follows:
33  *
34  *      Pentium III / [Xeon]
35  *              None of the E1AP-E3AP errata are visible to the user.
36  *
37  *      E1AP.   see PII A1AP
38  *      E2AP.   see PII A2AP
39  *      E3AP.   see PII A3AP
40  *
41  *      Pentium II / [Xeon]
42  *              None of the A1AP-A3AP errata are visible to the user.
43  *
44  *      A1AP.   see PPro 1AP
45  *      A2AP.   see PPro 2AP
46  *      A3AP.   see PPro 7AP
47  *
48  *      Pentium Pro
49  *              None of 1AP-9AP errata are visible to the normal user,
50  *      except occasional delivery of 'spurious interrupt' as trap #15.
51  *      This is very rare and a non-problem.
52  *
53  *      1AP.    Linux maps APIC as non-cacheable
54  *      2AP.    worked around in hardware
55  *      3AP.    fixed in C0 and above steppings microcode update.
56  *              Linux does not use excessive STARTUP_IPIs.
57  *      4AP.    worked around in hardware
58  *      5AP.    symmetric IO mode (normal Linux operation) not affected.
59  *              'noapic' mode has vector 0xf filled out properly.
60  *      6AP.    'noapic' mode might be affected - fixed in later steppings
61  *      7AP.    We do not assume writes to the LVT deassering IRQs
62  *      8AP.    We do not enable low power mode (deep sleep) during MP bootup
63  *      9AP.    We do not use mixed mode
64  *
65  *      Pentium
66  *              There is a marginal case where REP MOVS on 100MHz SMP
67  *      machines with B stepping processors can fail. XXX should provide
68  *      an L1cache=Writethrough or L1cache=off option.
69  *
70  *              B stepping CPUs may hang. There are hardware work arounds
71  *      for this. We warn about it in case your board doesn't have the work
72  *      arounds. Basically thats so I can tell anyone with a B stepping
73  *      CPU and SMP problems "tough".
74  *
75  *      Specific items [From Pentium Processor Specification Update]
76  *
77  *      1AP.    Linux doesn't use remote read
78  *      2AP.    Linux doesn't trust APIC errors
79  *      3AP.    We work around this
80  *      4AP.    Linux never generated 3 interrupts of the same priority
81  *              to cause a lost local interrupt.
82  *      5AP.    Remote read is never used
83  *      6AP.    not affected - worked around in hardware
84  *      7AP.    not affected - worked around in hardware
85  *      8AP.    worked around in hardware - we get explicit CS errors if not
86  *      9AP.    only 'noapic' mode affected. Might generate spurious
87  *              interrupts, we log only the first one and count the
88  *              rest silently.
89  *      10AP.   not affected - worked around in hardware
90  *      11AP.   Linux reads the APIC between writes to avoid this, as per
91  *              the documentation. Make sure you preserve this as it affects
92  *              the C stepping chips too.
93  *      12AP.   not affected - worked around in hardware
94  *      13AP.   not affected - worked around in hardware
95  *      14AP.   we always deassert INIT during bootup
96  *      15AP.   not affected - worked around in hardware
97  *      16AP.   not affected - worked around in hardware
98  *      17AP.   not affected - worked around in hardware
99  *      18AP.   not affected - worked around in hardware
100  *      19AP.   not affected - worked around in BIOS
101  *
102  *      If this sounds worrying believe me these bugs are either ___RARE___,
103  *      or are signal timing bugs worked around in hardware and there's
104  *      about nothing of note with C stepping upwards.
105  */
106
107 DEFINE_PER_CPU(struct tlb_state, cpu_tlbstate) ____cacheline_aligned = { &init_mm, 0, };
108
109 /*
110  * the following functions deal with sending IPIs between CPUs.
111  *
112  * We use 'broadcast', CPU->CPU IPIs and self-IPIs too.
113  */
114
115 static inline int __prepare_ICR (unsigned int shortcut, int vector)
116 {
117         unsigned int icr = shortcut | APIC_DEST_LOGICAL;
118
119         switch (vector) {
120         default:
121                 icr |= APIC_DM_FIXED | vector;
122                 break;
123         case NMI_VECTOR:
124                 icr |= APIC_DM_NMI;
125                 break;
126         }
127         return icr;
128 }
129
130 static inline int __prepare_ICR2 (unsigned int mask)
131 {
132         return SET_APIC_DEST_FIELD(mask);
133 }
134
135 void __send_IPI_shortcut(unsigned int shortcut, int vector)
136 {
137         /*
138          * Subtle. In the case of the 'never do double writes' workaround
139          * we have to lock out interrupts to be safe.  As we don't care
140          * of the value read we use an atomic rmw access to avoid costly
141          * cli/sti.  Otherwise we use an even cheaper single atomic write
142          * to the APIC.
143          */
144         unsigned int cfg;
145
146         /*
147          * Wait for idle.
148          */
149         apic_wait_icr_idle();
150
151         /*
152          * No need to touch the target chip field
153          */
154         cfg = __prepare_ICR(shortcut, vector);
155
156         /*
157          * Send the IPI. The write to APIC_ICR fires this off.
158          */
159         apic_write_around(APIC_ICR, cfg);
160 }
161
162 void fastcall send_IPI_self(int vector)
163 {
164         __send_IPI_shortcut(APIC_DEST_SELF, vector);
165 }
166
167 /*
168  * This is only used on smaller machines.
169  */
170 void send_IPI_mask_bitmask(cpumask_t cpumask, int vector)
171 {
172         unsigned long mask = cpus_addr(cpumask)[0];
173         unsigned long cfg;
174         unsigned long flags;
175
176         local_irq_save(flags);
177         WARN_ON(mask & ~cpus_addr(cpu_online_map)[0]);
178         /*
179          * Wait for idle.
180          */
181         apic_wait_icr_idle();
182                 
183         /*
184          * prepare target chip field
185          */
186         cfg = __prepare_ICR2(mask);
187         apic_write_around(APIC_ICR2, cfg);
188                 
189         /*
190          * program the ICR 
191          */
192         cfg = __prepare_ICR(0, vector);
193                         
194         /*
195          * Send the IPI. The write to APIC_ICR fires this off.
196          */
197         apic_write_around(APIC_ICR, cfg);
198
199         local_irq_restore(flags);
200 }
201
202 void send_IPI_mask_sequence(cpumask_t mask, int vector)
203 {
204         unsigned long cfg, flags;
205         unsigned int query_cpu;
206
207         /*
208          * Hack. The clustered APIC addressing mode doesn't allow us to send 
209          * to an arbitrary mask, so I do a unicasts to each CPU instead. This 
210          * should be modified to do 1 message per cluster ID - mbligh
211          */ 
212
213         local_irq_save(flags);
214
215         for (query_cpu = 0; query_cpu < NR_CPUS; ++query_cpu) {
216                 if (cpu_isset(query_cpu, mask)) {
217                 
218                         /*
219                          * Wait for idle.
220                          */
221                         apic_wait_icr_idle();
222                 
223                         /*
224                          * prepare target chip field
225                          */
226                         cfg = __prepare_ICR2(cpu_to_logical_apicid(query_cpu));
227                         apic_write_around(APIC_ICR2, cfg);
228                 
229                         /*
230                          * program the ICR 
231                          */
232                         cfg = __prepare_ICR(0, vector);
233                         
234                         /*
235                          * Send the IPI. The write to APIC_ICR fires this off.
236                          */
237                         apic_write_around(APIC_ICR, cfg);
238                 }
239         }
240         local_irq_restore(flags);
241 }
242
243 #include <mach_ipi.h> /* must come after the send_IPI functions above for inlining */
244
245 /*
246  *      Smarter SMP flushing macros. 
247  *              c/o Linus Torvalds.
248  *
249  *      These mean you can really definitely utterly forget about
250  *      writing to user space from interrupts. (Its not allowed anyway).
251  *
252  *      Optimizations Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
253  */
254
255 static cpumask_t flush_cpumask;
256 static struct mm_struct * flush_mm;
257 static unsigned long flush_va;
258 static DEFINE_SPINLOCK(tlbstate_lock);
259 #define FLUSH_ALL       0xffffffff
260
261 /*
262  * We cannot call mmdrop() because we are in interrupt context, 
263  * instead update mm->cpu_vm_mask.
264  *
265  * We need to reload %cr3 since the page tables may be going
266  * away from under us..
267  */
268 static inline void leave_mm (unsigned long cpu)
269 {
270         if (per_cpu(cpu_tlbstate, cpu).state == TLBSTATE_OK)
271                 BUG();
272         cpu_clear(cpu, per_cpu(cpu_tlbstate, cpu).active_mm->cpu_vm_mask);
273         load_cr3(swapper_pg_dir);
274 }
275
276 /*
277  *
278  * The flush IPI assumes that a thread switch happens in this order:
279  * [cpu0: the cpu that switches]
280  * 1) switch_mm() either 1a) or 1b)
281  * 1a) thread switch to a different mm
282  * 1a1) cpu_clear(cpu, old_mm->cpu_vm_mask);
283  *      Stop ipi delivery for the old mm. This is not synchronized with
284  *      the other cpus, but smp_invalidate_interrupt ignore flush ipis
285  *      for the wrong mm, and in the worst case we perform a superflous
286  *      tlb flush.
287  * 1a2) set cpu_tlbstate to TLBSTATE_OK
288  *      Now the smp_invalidate_interrupt won't call leave_mm if cpu0
289  *      was in lazy tlb mode.
290  * 1a3) update cpu_tlbstate[].active_mm
291  *      Now cpu0 accepts tlb flushes for the new mm.
292  * 1a4) cpu_set(cpu, new_mm->cpu_vm_mask);
293  *      Now the other cpus will send tlb flush ipis.
294  * 1a4) change cr3.
295  * 1b) thread switch without mm change
296  *      cpu_tlbstate[].active_mm is correct, cpu0 already handles
297  *      flush ipis.
298  * 1b1) set cpu_tlbstate to TLBSTATE_OK
299  * 1b2) test_and_set the cpu bit in cpu_vm_mask.
300  *      Atomically set the bit [other cpus will start sending flush ipis],
301  *      and test the bit.
302  * 1b3) if the bit was 0: leave_mm was called, flush the tlb.
303  * 2) switch %%esp, ie current
304  *
305  * The interrupt must handle 2 special cases:
306  * - cr3 is changed before %%esp, ie. it cannot use current->{active_,}mm.
307  * - the cpu performs speculative tlb reads, i.e. even if the cpu only
308  *   runs in kernel space, the cpu could load tlb entries for user space
309  *   pages.
310  *
311  * The good news is that cpu_tlbstate is local to each cpu, no
312  * write/read ordering problems.
313  */
314
315 /*
316  * TLB flush IPI:
317  *
318  * 1) Flush the tlb entries if the cpu uses the mm that's being flushed.
319  * 2) Leave the mm if we are in the lazy tlb mode.
320  */
321
322 fastcall void smp_invalidate_interrupt(struct pt_regs *regs)
323 {
324         unsigned long cpu;
325
326         cpu = get_cpu();
327
328         if (!cpu_isset(cpu, flush_cpumask))
329                 goto out;
330                 /* 
331                  * This was a BUG() but until someone can quote me the
332                  * line from the intel manual that guarantees an IPI to
333                  * multiple CPUs is retried _only_ on the erroring CPUs
334                  * its staying as a return
335                  *
336                  * BUG();
337                  */
338                  
339         if (flush_mm == per_cpu(cpu_tlbstate, cpu).active_mm) {
340                 if (per_cpu(cpu_tlbstate, cpu).state == TLBSTATE_OK) {
341                         if (flush_va == FLUSH_ALL)
342                                 local_flush_tlb();
343                         else
344                                 __flush_tlb_one(flush_va);
345                 } else
346                         leave_mm(cpu);
347         }
348         ack_APIC_irq();
349         smp_mb__before_clear_bit();
350         cpu_clear(cpu, flush_cpumask);
351         smp_mb__after_clear_bit();
352 out:
353         put_cpu_no_resched();
354 }
355
356 static void flush_tlb_others(cpumask_t cpumask, struct mm_struct *mm,
357                                                 unsigned long va)
358 {
359         /*
360          * A couple of (to be removed) sanity checks:
361          *
362          * - current CPU must not be in mask
363          * - mask must exist :)
364          */
365         BUG_ON(cpus_empty(cpumask));
366         BUG_ON(cpu_isset(smp_processor_id(), cpumask));
367         BUG_ON(!mm);
368
369         /* If a CPU which we ran on has gone down, OK. */
370         cpus_and(cpumask, cpumask, cpu_online_map);
371         if (cpus_empty(cpumask))
372                 return;
373
374         /*
375          * i'm not happy about this global shared spinlock in the
376          * MM hot path, but we'll see how contended it is.
377          * AK: x86-64 has a faster method that could be ported.
378          */
379         spin_lock(&tlbstate_lock);
380         
381         flush_mm = mm;
382         flush_va = va;
383 #if NR_CPUS <= BITS_PER_LONG
384         atomic_set_mask(cpumask, &flush_cpumask);
385 #else
386         {
387                 int k;
388                 unsigned long *flush_mask = (unsigned long *)&flush_cpumask;
389                 unsigned long *cpu_mask = (unsigned long *)&cpumask;
390                 for (k = 0; k < BITS_TO_LONGS(NR_CPUS); ++k)
391                         atomic_set_mask(cpu_mask[k], &flush_mask[k]);
392         }
393 #endif
394         /*
395          * We have to send the IPI only to
396          * CPUs affected.
397          */
398         send_IPI_mask(cpumask, INVALIDATE_TLB_VECTOR);
399
400         while (!cpus_empty(flush_cpumask))
401                 /* nothing. lockup detection does not belong here */
402                 cpu_relax();
403
404         flush_mm = NULL;
405         flush_va = 0;
406         spin_unlock(&tlbstate_lock);
407 }
408         
409 void flush_tlb_current_task(void)
410 {
411         struct mm_struct *mm = current->mm;
412         cpumask_t cpu_mask;
413
414         preempt_disable();
415         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
416         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
417
418         local_flush_tlb();
419         if (!cpus_empty(cpu_mask))
420                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
421         preempt_enable();
422 }
423
424 void flush_tlb_mm (struct mm_struct * mm)
425 {
426         cpumask_t cpu_mask;
427
428         preempt_disable();
429         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
430         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
431
432         if (current->active_mm == mm) {
433                 if (current->mm)
434                         local_flush_tlb();
435                 else
436                         leave_mm(smp_processor_id());
437         }
438         if (!cpus_empty(cpu_mask))
439                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, FLUSH_ALL);
440
441         preempt_enable();
442 }
443
444 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct * vma, unsigned long va)
445 {
446         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
447         cpumask_t cpu_mask;
448
449         preempt_disable();
450         cpu_mask = mm->cpu_vm_mask;
451         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_mask);
452
453         if (current->active_mm == mm) {
454                 if(current->mm)
455                         __flush_tlb_one(va);
456                  else
457                         leave_mm(smp_processor_id());
458         }
459
460         if (!cpus_empty(cpu_mask))
461                 flush_tlb_others(cpu_mask, mm, va);
462
463         preempt_enable();
464 }
465 EXPORT_SYMBOL(flush_tlb_page);
466
467 static void do_flush_tlb_all(void* info)
468 {
469         unsigned long cpu = smp_processor_id();
470
471         __flush_tlb_all();
472         if (per_cpu(cpu_tlbstate, cpu).state == TLBSTATE_LAZY)
473                 leave_mm(cpu);
474 }
475
476 void flush_tlb_all(void)
477 {
478         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1, 1);
479 }
480
481 /*
482  * this function sends a 'reschedule' IPI to another CPU.
483  * it goes straight through and wastes no time serializing
484  * anything. Worst case is that we lose a reschedule ...
485  */
486 void smp_send_reschedule(int cpu)
487 {
488         WARN_ON(cpu_is_offline(cpu));
489         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), RESCHEDULE_VECTOR);
490 }
491
492 /*
493  * Structure and data for smp_call_function(). This is designed to minimise
494  * static memory requirements. It also looks cleaner.
495  */
496 static DEFINE_SPINLOCK(call_lock);
497
498 struct call_data_struct {
499         void (*func) (void *info);
500         void *info;
501         atomic_t started;
502         atomic_t finished;
503         int wait;
504 };
505
506 void lock_ipi_call_lock(void)
507 {
508         spin_lock_irq(&call_lock);
509 }
510
511 void unlock_ipi_call_lock(void)
512 {
513         spin_unlock_irq(&call_lock);
514 }
515
516 static struct call_data_struct *call_data;
517
518 /**
519  * smp_call_function(): Run a function on all other CPUs.
520  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
521  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
522  * @nonatomic: currently unused.
523  * @wait: If true, wait (atomically) until function has completed on other CPUs.
524  *
525  * Returns 0 on success, else a negative status code. Does not return until
526  * remote CPUs are nearly ready to execute <<func>> or are or have executed.
527  *
528  * You must not call this function with disabled interrupts or from a
529  * hardware interrupt handler or from a bottom half handler.
530  */
531 int smp_call_function (void (*func) (void *info), void *info, int nonatomic,
532                         int wait)
533 {
534         struct call_data_struct data;
535         int cpus;
536
537         /* Holding any lock stops cpus from going down. */
538         spin_lock(&call_lock);
539         cpus = num_online_cpus() - 1;
540         if (!cpus) {
541                 spin_unlock(&call_lock);
542                 return 0;
543         }
544
545         /* Can deadlock when called with interrupts disabled */
546         WARN_ON(irqs_disabled());
547
548         data.func = func;
549         data.info = info;
550         atomic_set(&data.started, 0);
551         data.wait = wait;
552         if (wait)
553                 atomic_set(&data.finished, 0);
554
555         call_data = &data;
556         mb();
557         
558         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
559         send_IPI_allbutself(CALL_FUNCTION_VECTOR);
560
561         /* Wait for response */
562         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
563                 cpu_relax();
564
565         if (wait)
566                 while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
567                         cpu_relax();
568         spin_unlock(&call_lock);
569
570         return 0;
571 }
572 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function);
573
574 static void stop_this_cpu (void * dummy)
575 {
576         /*
577          * Remove this CPU:
578          */
579         cpu_clear(smp_processor_id(), cpu_online_map);
580         local_irq_disable();
581         disable_local_APIC();
582         if (cpu_data[smp_processor_id()].hlt_works_ok)
583                 for(;;) halt();
584         for (;;);
585 }
586
587 /*
588  * this function calls the 'stop' function on all other CPUs in the system.
589  */
590
591 void smp_send_stop(void)
592 {
593         smp_call_function(stop_this_cpu, NULL, 1, 0);
594
595         local_irq_disable();
596         disable_local_APIC();
597         local_irq_enable();
598 }
599
600 /*
601  * Reschedule call back. Nothing to do,
602  * all the work is done automatically when
603  * we return from the interrupt.
604  */
605 fastcall void smp_reschedule_interrupt(struct pt_regs *regs)
606 {
607         ack_APIC_irq();
608 }
609
610 fastcall void smp_call_function_interrupt(struct pt_regs *regs)
611 {
612         void (*func) (void *info) = call_data->func;
613         void *info = call_data->info;
614         int wait = call_data->wait;
615
616         ack_APIC_irq();
617         /*
618          * Notify initiating CPU that I've grabbed the data and am
619          * about to execute the function
620          */
621         mb();
622         atomic_inc(&call_data->started);
623         /*
624          * At this point the info structure may be out of scope unless wait==1
625          */
626         irq_enter();
627         (*func)(info);
628         irq_exit();
629
630         if (wait) {
631                 mb();
632                 atomic_inc(&call_data->finished);
633         }
634 }
635
636 /*
637  * this function sends a 'generic call function' IPI to one other CPU
638  * in the system.
639  *
640  * cpu is a standard Linux logical CPU number.
641  */
642 static void
643 __smp_call_function_single(int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
644                                 int nonatomic, int wait)
645 {
646         struct call_data_struct data;
647         int cpus = 1;
648
649         data.func = func;
650         data.info = info;
651         atomic_set(&data.started, 0);
652         data.wait = wait;
653         if (wait)
654                 atomic_set(&data.finished, 0);
655
656         call_data = &data;
657         wmb();
658         /* Send a message to all other CPUs and wait for them to respond */
659         send_IPI_mask(cpumask_of_cpu(cpu), CALL_FUNCTION_VECTOR);
660
661         /* Wait for response */
662         while (atomic_read(&data.started) != cpus)
663                 cpu_relax();
664
665         if (!wait)
666                 return;
667
668         while (atomic_read(&data.finished) != cpus)
669                 cpu_relax();
670 }
671
672 /*
673  * smp_call_function_single - Run a function on another CPU
674  * @func: The function to run. This must be fast and non-blocking.
675  * @info: An arbitrary pointer to pass to the function.
676  * @nonatomic: Currently unused.
677  * @wait: If true, wait until function has completed on other CPUs.
678  *
679  * Retrurns 0 on success, else a negative status code.
680  *
681  * Does not return until the remote CPU is nearly ready to execute <func>
682  * or is or has executed.
683  */
684
685 int smp_call_function_single(int cpu, void (*func) (void *info), void *info,
686                         int nonatomic, int wait)
687 {
688         /* prevent preemption and reschedule on another processor */
689         int me = get_cpu();
690         if (cpu == me) {
691                 WARN_ON(1);
692                 put_cpu();
693                 return -EBUSY;
694         }
695
696         /* Can deadlock when called with interrupts disabled */
697         WARN_ON(irqs_disabled());
698
699         spin_lock_bh(&call_lock);
700         __smp_call_function_single(cpu, func, info, nonatomic, wait);
701         spin_unlock_bh(&call_lock);
702         put_cpu();
703         return 0;
704 }
705 EXPORT_SYMBOL(smp_call_function_single);
706
707 static int convert_apicid_to_cpu(int apic_id)
708 {
709         int i;
710
711         for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
712                 if (x86_cpu_to_apicid[i] == apic_id)
713                         return i;
714         }
715         return -1;
716 }
717
718 int safe_smp_processor_id(void)
719 {
720         int apicid, cpuid;
721
722         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_APIC))
723                 return 0;
724
725         apicid = hard_smp_processor_id();
726         if (apicid == BAD_APICID)
727                 return 0;
728
729         cpuid = convert_apicid_to_cpu(apicid);
730
731         return cpuid >= 0 ? cpuid : 0;
732 }