9ns: Fix dangling negative TFs
[akaros.git] / kern / src / smp.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2009 The Regents of the University of California
3  * Barret Rhoden <brho@cs.berkeley.edu>
4  * See LICENSE for details.
5  */
6
7 #include <arch/arch.h>
8 #include <atomic.h>
9 #include <smp.h>
10 #include <error.h>
11 #include <stdio.h>
12 #include <string.h>
13 #include <assert.h>
14 #include <pmap.h>
15 #include <process.h>
16 #include <schedule.h>
17 #include <trap.h>
18 #include <trace.h>
19 #include <kdebug.h>
20 #include <kmalloc.h>
21 #include <core_set.h>
22 #include <completion.h>
23 #include <rcu.h>
24
25 struct all_cpu_work {
26         struct completion comp;
27         void (*func)(void *);
28         void *opaque;
29 };
30
31 struct per_cpu_info per_cpu_info[MAX_NUM_CORES];
32
33 // tracks number of global waits on smp_calls, must be <= NUM_HANDLER_WRAPPERS
34 atomic_t outstanding_calls = 0;
35
36 /* Helper for running a proc (if we should).  Lots of repetition with
37  * proc_restartcore */
38 static void try_run_proc(void)
39 {
40         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
41         /* There was a process running here, and we should return to it. */
42         if (pcpui->owning_proc) {
43                 assert(!pcpui->cur_kthread->sysc);
44                 assert(pcpui->cur_ctx);
45                 __proc_startcore(pcpui->owning_proc, pcpui->cur_ctx);
46                 assert(0);
47         } else {
48                 /* Make sure we have abandoned core.  It's possible to have an owner
49                  * without a current (smp_idle, __startcore, __death). */
50                 abandon_core();
51         }
52 }
53
54 /* All cores end up calling this whenever there is nothing left to do or they
55  * don't know explicitly what to do.  Non-zero cores call it when they are done
56  * booting.  Other cases include after getting a DEATH IPI.
57  *
58  * All cores attempt to run the context of any owning proc.  Barring that, they
59  * halt and wake up when interrupted, do any work on their work queue, then halt
60  * again.  In between, the ksched gets a chance to tell it to do something else,
61  * or perhaps to halt in another manner. */
62 static void __attribute__((noreturn)) __smp_idle(void *arg)
63 {
64         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[core_id()];
65
66         pcpui->cur_kthread->flags = KTH_DEFAULT_FLAGS;
67         while (1) {
68                 /* This might wake a kthread (the gp ktask), so be sure to run PRKM
69                  * after reporting the quiescent state. */
70                 rcu_report_qs();
71                 /* If this runs an RKM, we'll call smp_idle from the top. */
72                 process_routine_kmsg();
73                 try_run_proc();
74                 cpu_bored();            /* call out to the ksched */
75                 /* cpu_halt() atomically turns on interrupts and halts the core.
76                  * Important to do this, since we could have a RKM come in via an
77                  * interrupt right while PRKM is returning, and we wouldn't catch
78                  * it.  When it returns, IRQs are back off. */
79                 __set_cpu_state(pcpui, CPU_STATE_IDLE);
80                 cpu_halt();
81                 __set_cpu_state(pcpui, CPU_STATE_KERNEL);
82         }
83         assert(0);
84 }
85
86 void smp_idle(void)
87 {
88         disable_irq();
89         __reset_stack_pointer(0, get_stack_top(), __smp_idle);
90 }
91
92 /* Arch-independent per-cpu initialization.  This will call the arch dependent
93  * init first. */
94 void smp_percpu_init(void)
95 {
96         uint32_t coreid = core_id();
97         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
98         void *trace_buf;
99         struct kthread *kthread;
100         /* Don't initialize __ctx_depth here, since it is already 1 (at least on
101          * x86), since this runs in irq context. */
102         /* Do this first */
103         __arch_pcpu_init(coreid);
104         /* init our kthread (tracks our currently running context) */
105         kthread = __kthread_zalloc();
106         kthread->stacktop = get_stack_top();    /* assumes we're on the 1st page */
107         pcpui->cur_kthread = kthread;
108         /* Treat the startup threads as ktasks.  This will last until smp_idle when
109          * they clear it, either in anticipation of being a user-backing kthread or
110          * to handle an RKM. */
111         kthread->flags = KTH_KTASK_FLAGS;
112         per_cpu_info[coreid].spare = 0;
113         /* Init relevant lists */
114         spinlock_init_irqsave(&per_cpu_info[coreid].immed_amsg_lock);
115         STAILQ_INIT(&per_cpu_info[coreid].immed_amsgs);
116         spinlock_init_irqsave(&per_cpu_info[coreid].routine_amsg_lock);
117         STAILQ_INIT(&per_cpu_info[coreid].routine_amsgs);
118         /* Initialize the per-core timer chain */
119         init_timer_chain(&per_cpu_info[coreid].tchain, set_pcpu_alarm_interrupt);
120         /* Init generic tracing ring */
121         trace_buf = kpage_alloc_addr();
122         assert(trace_buf);
123         trace_ring_init(&pcpui->traces, trace_buf, PGSIZE,
124                         sizeof(struct pcpu_trace_event));
125         for (int i = 0; i < NR_CPU_STATES; i++)
126                 pcpui->state_ticks[i] = 0;
127         pcpui->last_tick_cnt = read_tsc();
128         /* Core 0 is in the KERNEL state, called from smp_boot.  The other cores are
129          * too, at least on x86, where we were called from asm (woken by POKE). */
130         pcpui->cpu_state = CPU_STATE_KERNEL;
131         /* Enable full lock debugging, after all pcpui work is done */
132         pcpui->__lock_checking_enabled = 1;
133 }
134
135 /* it's actually okay to set the state to the existing state.  originally, it
136  * was a bug in the state tracking, but it is possible, at least on x86, to have
137  * a halted core (state IDLE) get woken up by an IRQ that does not trigger the
138  * IRQ handling state.  for example, there is the I_POKE_CORE ipi.  smp_idle
139  * will just sleep again, and reset the state from IDLE to IDLE. */
140 void __set_cpu_state(struct per_cpu_info *pcpui, int state)
141 {
142         uint64_t now_ticks;
143         assert(!irq_is_enabled());
144         /* TODO: could put in an option to enable/disable state tracking. */
145         now_ticks = read_tsc();
146         pcpui->state_ticks[pcpui->cpu_state] += now_ticks - pcpui->last_tick_cnt;
147         /* TODO: if the state was user, we could account for the vcore's time,
148          * similar to the total_ticks in struct vcore.  the difference is that the
149          * total_ticks tracks the vcore's virtual time, while this tracks user time.
150          * something like vcore->user_ticks. */
151         pcpui->cpu_state = state;
152         pcpui->last_tick_cnt = now_ticks;
153 }
154
155 void reset_cpu_state_ticks(int coreid)
156 {
157         struct per_cpu_info *pcpui = &per_cpu_info[coreid];
158         uint64_t now_ticks;
159         if (coreid >= num_cores)
160                 return;
161         /* need to update last_tick_cnt, so the current value doesn't get added in
162          * next time we update */
163         now_ticks = read_tsc();
164         for (int i = 0; i < NR_CPU_STATES; i++) {
165                 pcpui->state_ticks[i] = 0;
166                 pcpui->last_tick_cnt = now_ticks;
167         }
168 }
169
170 /* PCPUI Trace Rings: */
171
172 static void pcpui_trace_kmsg_handler(void *event, void *data)
173 {
174         struct pcpu_trace_event *te = (struct pcpu_trace_event*)event;
175         uintptr_t addr;
176
177         addr = te->arg1;
178         printk("\tKMSG %p: %s\n", addr, get_fn_name(addr));
179 }
180
181 static void pcpui_trace_locks_handler(void *event, void *data)
182 {
183         struct pcpu_trace_event *te = (struct pcpu_trace_event*)event;
184         const char *func_name;
185         uintptr_t lock_addr = te->arg1;
186
187         if (lock_addr > KERN_LOAD_ADDR)
188                 func_name = get_fn_name(lock_addr);
189         else
190                 func_name = "Dynamic lock";
191         print_lock();
192         printk("Time %uus, lock %p (%s)\n", te->arg0, lock_addr, func_name);
193         printk("\t");
194         spinlock_debug((spinlock_t*)lock_addr);
195         print_unlock();
196 }
197
198 /* Add specific trace handlers here: */
199 trace_handler_t pcpui_tr_handlers[PCPUI_NR_TYPES] = {
200                                   0,
201                                   pcpui_trace_kmsg_handler,
202                                   pcpui_trace_locks_handler,
203                                   };
204
205 /* Generic handler for the pcpui ring.  Will switch out to the appropriate
206  * type's handler */
207 static void pcpui_trace_fn(void *event, void *data)
208 {
209         struct pcpu_trace_event *te = (struct pcpu_trace_event*)event;
210         int desired_type = (int)(long)data;
211         if (te->type >= PCPUI_NR_TYPES)
212                 printk("Bad trace type %d\n", te->type);
213         /* desired_type == 0 means all types */
214         if (desired_type && desired_type != te->type)
215                 return;
216         if (pcpui_tr_handlers[te->type])
217                 pcpui_tr_handlers[te->type](event, data);
218 }
219
220 void pcpui_tr_foreach(int coreid, int type)
221 {
222         struct trace_ring *tr = &per_cpu_info[coreid].traces;
223         assert(tr);
224         printk("\n\nTrace Ring on Core %d\n--------------\n", coreid);
225         trace_ring_foreach(tr, pcpui_trace_fn, (void*)(long)type);
226 }
227
228 void pcpui_tr_foreach_all(int type)
229 {
230         for (int i = 0; i < num_cores; i++)
231                 pcpui_tr_foreach(i, type);
232 }
233
234 void pcpui_tr_reset_all(void)
235 {
236         for (int i = 0; i < num_cores; i++)
237                 trace_ring_reset(&per_cpu_info[i].traces);
238 }
239
240 void pcpui_tr_reset_and_clear_all(void)
241 {
242         for (int i = 0; i < num_cores; i++)
243                 trace_ring_reset_and_clear(&per_cpu_info[i].traces);
244 }
245
246 static void smp_do_core_work(uint32_t srcid, long a0, long a1, long a2)
247 {
248         struct all_cpu_work *acw = (struct all_cpu_work *) a0;
249
250         acw->func(acw->opaque);
251         completion_complete(&acw->comp, 1);
252 }
253
254 void smp_do_in_cores(const struct core_set *cset, void (*func)(void *),
255                                          void *opaque)
256 {
257         int cpu = core_id();
258         struct all_cpu_work acw;
259
260         memset(&acw, 0, sizeof(acw));
261         completion_init(&acw.comp, core_set_remote_count(cset));
262         acw.func = func;
263         acw.opaque = opaque;
264
265         for (int i = 0; i < num_cores; i++) {
266                 if (core_set_getcpu(cset, i)) {
267                         if (i == cpu)
268                                 func(opaque);
269                         else
270                                 send_kernel_message(i, smp_do_core_work, (long) &acw, 0, 0,
271                                                                         KMSG_ROUTINE);
272                 }
273         }
274         completion_wait(&acw.comp);
275 }