x86: move more common idle functions/variables to process.c
[safe/jmp/linux-2.6] / arch / x86 / kernel / process_32.c
1 /*
2  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
3  *
4  *  Pentium III FXSR, SSE support
5  *      Gareth Hughes <gareth@valinux.com>, May 2000
6  */
7
8 /*
9  * This file handles the architecture-dependent parts of process handling..
10  */
11
12 #include <stdarg.h>
13
14 #include <linux/cpu.h>
15 #include <linux/errno.h>
16 #include <linux/sched.h>
17 #include <linux/fs.h>
18 #include <linux/kernel.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/elfcore.h>
21 #include <linux/smp.h>
22 #include <linux/stddef.h>
23 #include <linux/slab.h>
24 #include <linux/vmalloc.h>
25 #include <linux/user.h>
26 #include <linux/interrupt.h>
27 #include <linux/utsname.h>
28 #include <linux/delay.h>
29 #include <linux/reboot.h>
30 #include <linux/init.h>
31 #include <linux/mc146818rtc.h>
32 #include <linux/module.h>
33 #include <linux/kallsyms.h>
34 #include <linux/ptrace.h>
35 #include <linux/random.h>
36 #include <linux/personality.h>
37 #include <linux/tick.h>
38 #include <linux/percpu.h>
39 #include <linux/prctl.h>
40
41 #include <asm/uaccess.h>
42 #include <asm/pgtable.h>
43 #include <asm/system.h>
44 #include <asm/io.h>
45 #include <asm/ldt.h>
46 #include <asm/processor.h>
47 #include <asm/i387.h>
48 #include <asm/desc.h>
49 #ifdef CONFIG_MATH_EMULATION
50 #include <asm/math_emu.h>
51 #endif
52
53 #include <linux/err.h>
54
55 #include <asm/tlbflush.h>
56 #include <asm/cpu.h>
57 #include <asm/kdebug.h>
58
59 asmlinkage void ret_from_fork(void) __asm__("ret_from_fork");
60
61 DEFINE_PER_CPU(struct task_struct *, current_task) = &init_task;
62 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(current_task);
63
64 DEFINE_PER_CPU(int, cpu_number);
65 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_number);
66
67 /*
68  * Return saved PC of a blocked thread.
69  */
70 unsigned long thread_saved_pc(struct task_struct *tsk)
71 {
72         return ((unsigned long *)tsk->thread.sp)[3];
73 }
74
75 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
76 #include <asm/nmi.h>
77 /* We don't actually take CPU down, just spin without interrupts. */
78 static inline void play_dead(void)
79 {
80         /* This must be done before dead CPU ack */
81         cpu_exit_clear();
82         wbinvd();
83         mb();
84         /* Ack it */
85         __get_cpu_var(cpu_state) = CPU_DEAD;
86
87         /*
88          * With physical CPU hotplug, we should halt the cpu
89          */
90         local_irq_disable();
91         while (1)
92                 halt();
93 }
94 #else
95 static inline void play_dead(void)
96 {
97         BUG();
98 }
99 #endif /* CONFIG_HOTPLUG_CPU */
100
101 /*
102  * The idle thread. There's no useful work to be
103  * done, so just try to conserve power and have a
104  * low exit latency (ie sit in a loop waiting for
105  * somebody to say that they'd like to reschedule)
106  */
107 void cpu_idle(void)
108 {
109         int cpu = smp_processor_id();
110
111         current_thread_info()->status |= TS_POLLING;
112
113         /* endless idle loop with no priority at all */
114         while (1) {
115                 tick_nohz_stop_sched_tick();
116                 while (!need_resched()) {
117
118                         check_pgt_cache();
119                         rmb();
120
121                         if (rcu_pending(cpu))
122                                 rcu_check_callbacks(cpu, 0);
123
124                         if (cpu_is_offline(cpu))
125                                 play_dead();
126
127                         local_irq_disable();
128                         __get_cpu_var(irq_stat).idle_timestamp = jiffies;
129                         pm_idle();
130                 }
131                 tick_nohz_restart_sched_tick();
132                 preempt_enable_no_resched();
133                 schedule();
134                 preempt_disable();
135         }
136 }
137
138 void __show_registers(struct pt_regs *regs, int all)
139 {
140         unsigned long cr0 = 0L, cr2 = 0L, cr3 = 0L, cr4 = 0L;
141         unsigned long d0, d1, d2, d3, d6, d7;
142         unsigned long sp;
143         unsigned short ss, gs;
144
145         if (user_mode_vm(regs)) {
146                 sp = regs->sp;
147                 ss = regs->ss & 0xffff;
148                 savesegment(gs, gs);
149         } else {
150                 sp = (unsigned long) (&regs->sp);
151                 savesegment(ss, ss);
152                 savesegment(gs, gs);
153         }
154
155         printk("\n");
156         printk("Pid: %d, comm: %s %s (%s %.*s)\n",
157                         task_pid_nr(current), current->comm,
158                         print_tainted(), init_utsname()->release,
159                         (int)strcspn(init_utsname()->version, " "),
160                         init_utsname()->version);
161
162         printk("EIP: %04x:[<%08lx>] EFLAGS: %08lx CPU: %d\n",
163                         (u16)regs->cs, regs->ip, regs->flags,
164                         smp_processor_id());
165         print_symbol("EIP is at %s\n", regs->ip);
166
167         printk("EAX: %08lx EBX: %08lx ECX: %08lx EDX: %08lx\n",
168                 regs->ax, regs->bx, regs->cx, regs->dx);
169         printk("ESI: %08lx EDI: %08lx EBP: %08lx ESP: %08lx\n",
170                 regs->si, regs->di, regs->bp, sp);
171         printk(" DS: %04x ES: %04x FS: %04x GS: %04x SS: %04x\n",
172                (u16)regs->ds, (u16)regs->es, (u16)regs->fs, gs, ss);
173
174         if (!all)
175                 return;
176
177         cr0 = read_cr0();
178         cr2 = read_cr2();
179         cr3 = read_cr3();
180         cr4 = read_cr4_safe();
181         printk("CR0: %08lx CR2: %08lx CR3: %08lx CR4: %08lx\n",
182                         cr0, cr2, cr3, cr4);
183
184         get_debugreg(d0, 0);
185         get_debugreg(d1, 1);
186         get_debugreg(d2, 2);
187         get_debugreg(d3, 3);
188         printk("DR0: %08lx DR1: %08lx DR2: %08lx DR3: %08lx\n",
189                         d0, d1, d2, d3);
190
191         get_debugreg(d6, 6);
192         get_debugreg(d7, 7);
193         printk("DR6: %08lx DR7: %08lx\n",
194                         d6, d7);
195 }
196
197 void show_regs(struct pt_regs *regs)
198 {
199         __show_registers(regs, 1);
200         show_trace(NULL, regs, &regs->sp, regs->bp);
201 }
202
203 /*
204  * This gets run with %bx containing the
205  * function to call, and %dx containing
206  * the "args".
207  */
208 extern void kernel_thread_helper(void);
209
210 /*
211  * Create a kernel thread
212  */
213 int kernel_thread(int (*fn)(void *), void * arg, unsigned long flags)
214 {
215         struct pt_regs regs;
216
217         memset(&regs, 0, sizeof(regs));
218
219         regs.bx = (unsigned long) fn;
220         regs.dx = (unsigned long) arg;
221
222         regs.ds = __USER_DS;
223         regs.es = __USER_DS;
224         regs.fs = __KERNEL_PERCPU;
225         regs.orig_ax = -1;
226         regs.ip = (unsigned long) kernel_thread_helper;
227         regs.cs = __KERNEL_CS | get_kernel_rpl();
228         regs.flags = X86_EFLAGS_IF | X86_EFLAGS_SF | X86_EFLAGS_PF | 0x2;
229
230         /* Ok, create the new process.. */
231         return do_fork(flags | CLONE_VM | CLONE_UNTRACED, 0, &regs, 0, NULL, NULL);
232 }
233 EXPORT_SYMBOL(kernel_thread);
234
235 /*
236  * Free current thread data structures etc..
237  */
238 void exit_thread(void)
239 {
240         /* The process may have allocated an io port bitmap... nuke it. */
241         if (unlikely(test_thread_flag(TIF_IO_BITMAP))) {
242                 struct task_struct *tsk = current;
243                 struct thread_struct *t = &tsk->thread;
244                 int cpu = get_cpu();
245                 struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
246
247                 kfree(t->io_bitmap_ptr);
248                 t->io_bitmap_ptr = NULL;
249                 clear_thread_flag(TIF_IO_BITMAP);
250                 /*
251                  * Careful, clear this in the TSS too:
252                  */
253                 memset(tss->io_bitmap, 0xff, tss->io_bitmap_max);
254                 t->io_bitmap_max = 0;
255                 tss->io_bitmap_owner = NULL;
256                 tss->io_bitmap_max = 0;
257                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET;
258                 put_cpu();
259         }
260 }
261
262 void flush_thread(void)
263 {
264         struct task_struct *tsk = current;
265
266         tsk->thread.debugreg0 = 0;
267         tsk->thread.debugreg1 = 0;
268         tsk->thread.debugreg2 = 0;
269         tsk->thread.debugreg3 = 0;
270         tsk->thread.debugreg6 = 0;
271         tsk->thread.debugreg7 = 0;
272         memset(tsk->thread.tls_array, 0, sizeof(tsk->thread.tls_array));        
273         clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_DEBUG);
274         /*
275          * Forget coprocessor state..
276          */
277         clear_fpu(tsk);
278         clear_used_math();
279 }
280
281 void release_thread(struct task_struct *dead_task)
282 {
283         BUG_ON(dead_task->mm);
284         release_vm86_irqs(dead_task);
285 }
286
287 /*
288  * This gets called before we allocate a new thread and copy
289  * the current task into it.
290  */
291 void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
292 {
293         unlazy_fpu(tsk);
294 }
295
296 int copy_thread(int nr, unsigned long clone_flags, unsigned long sp,
297         unsigned long unused,
298         struct task_struct * p, struct pt_regs * regs)
299 {
300         struct pt_regs * childregs;
301         struct task_struct *tsk;
302         int err;
303
304         childregs = task_pt_regs(p);
305         *childregs = *regs;
306         childregs->ax = 0;
307         childregs->sp = sp;
308
309         p->thread.sp = (unsigned long) childregs;
310         p->thread.sp0 = (unsigned long) (childregs+1);
311
312         p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;
313
314         savesegment(gs, p->thread.gs);
315
316         tsk = current;
317         if (unlikely(test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_IO_BITMAP))) {
318                 p->thread.io_bitmap_ptr = kmemdup(tsk->thread.io_bitmap_ptr,
319                                                 IO_BITMAP_BYTES, GFP_KERNEL);
320                 if (!p->thread.io_bitmap_ptr) {
321                         p->thread.io_bitmap_max = 0;
322                         return -ENOMEM;
323                 }
324                 set_tsk_thread_flag(p, TIF_IO_BITMAP);
325         }
326
327         err = 0;
328
329         /*
330          * Set a new TLS for the child thread?
331          */
332         if (clone_flags & CLONE_SETTLS)
333                 err = do_set_thread_area(p, -1,
334                         (struct user_desc __user *)childregs->si, 0);
335
336         if (err && p->thread.io_bitmap_ptr) {
337                 kfree(p->thread.io_bitmap_ptr);
338                 p->thread.io_bitmap_max = 0;
339         }
340         return err;
341 }
342
343 void
344 start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
345 {
346         __asm__("movl %0, %%gs" :: "r"(0));
347         regs->fs                = 0;
348         set_fs(USER_DS);
349         regs->ds                = __USER_DS;
350         regs->es                = __USER_DS;
351         regs->ss                = __USER_DS;
352         regs->cs                = __USER_CS;
353         regs->ip                = new_ip;
354         regs->sp                = new_sp;
355         /*
356          * Free the old FP and other extended state
357          */
358         free_thread_xstate(current);
359 }
360 EXPORT_SYMBOL_GPL(start_thread);
361
362 static void hard_disable_TSC(void)
363 {
364         write_cr4(read_cr4() | X86_CR4_TSD);
365 }
366
367 void disable_TSC(void)
368 {
369         preempt_disable();
370         if (!test_and_set_thread_flag(TIF_NOTSC))
371                 /*
372                  * Must flip the CPU state synchronously with
373                  * TIF_NOTSC in the current running context.
374                  */
375                 hard_disable_TSC();
376         preempt_enable();
377 }
378
379 static void hard_enable_TSC(void)
380 {
381         write_cr4(read_cr4() & ~X86_CR4_TSD);
382 }
383
384 static void enable_TSC(void)
385 {
386         preempt_disable();
387         if (test_and_clear_thread_flag(TIF_NOTSC))
388                 /*
389                  * Must flip the CPU state synchronously with
390                  * TIF_NOTSC in the current running context.
391                  */
392                 hard_enable_TSC();
393         preempt_enable();
394 }
395
396 int get_tsc_mode(unsigned long adr)
397 {
398         unsigned int val;
399
400         if (test_thread_flag(TIF_NOTSC))
401                 val = PR_TSC_SIGSEGV;
402         else
403                 val = PR_TSC_ENABLE;
404
405         return put_user(val, (unsigned int __user *)adr);
406 }
407
408 int set_tsc_mode(unsigned int val)
409 {
410         if (val == PR_TSC_SIGSEGV)
411                 disable_TSC();
412         else if (val == PR_TSC_ENABLE)
413                 enable_TSC();
414         else
415                 return -EINVAL;
416
417         return 0;
418 }
419
420 static noinline void
421 __switch_to_xtra(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p,
422                  struct tss_struct *tss)
423 {
424         struct thread_struct *prev, *next;
425         unsigned long debugctl;
426
427         prev = &prev_p->thread;
428         next = &next_p->thread;
429
430         debugctl = prev->debugctlmsr;
431         if (next->ds_area_msr != prev->ds_area_msr) {
432                 /* we clear debugctl to make sure DS
433                  * is not in use when we change it */
434                 debugctl = 0;
435                 update_debugctlmsr(0);
436                 wrmsr(MSR_IA32_DS_AREA, next->ds_area_msr, 0);
437         }
438
439         if (next->debugctlmsr != debugctl)
440                 update_debugctlmsr(next->debugctlmsr);
441
442         if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_DEBUG)) {
443                 set_debugreg(next->debugreg0, 0);
444                 set_debugreg(next->debugreg1, 1);
445                 set_debugreg(next->debugreg2, 2);
446                 set_debugreg(next->debugreg3, 3);
447                 /* no 4 and 5 */
448                 set_debugreg(next->debugreg6, 6);
449                 set_debugreg(next->debugreg7, 7);
450         }
451
452         if (test_tsk_thread_flag(prev_p, TIF_NOTSC) ^
453             test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_NOTSC)) {
454                 /* prev and next are different */
455                 if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_NOTSC))
456                         hard_disable_TSC();
457                 else
458                         hard_enable_TSC();
459         }
460
461 #ifdef X86_BTS
462         if (test_tsk_thread_flag(prev_p, TIF_BTS_TRACE_TS))
463                 ptrace_bts_take_timestamp(prev_p, BTS_TASK_DEPARTS);
464
465         if (test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_BTS_TRACE_TS))
466                 ptrace_bts_take_timestamp(next_p, BTS_TASK_ARRIVES);
467 #endif
468
469
470         if (!test_tsk_thread_flag(next_p, TIF_IO_BITMAP)) {
471                 /*
472                  * Disable the bitmap via an invalid offset. We still cache
473                  * the previous bitmap owner and the IO bitmap contents:
474                  */
475                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET;
476                 return;
477         }
478
479         if (likely(next == tss->io_bitmap_owner)) {
480                 /*
481                  * Previous owner of the bitmap (hence the bitmap content)
482                  * matches the next task, we dont have to do anything but
483                  * to set a valid offset in the TSS:
484                  */
485                 tss->x86_tss.io_bitmap_base = IO_BITMAP_OFFSET;
486                 return;
487         }
488         /*
489          * Lazy TSS's I/O bitmap copy. We set an invalid offset here
490          * and we let the task to get a GPF in case an I/O instruction
491          * is performed.  The handler of the GPF will verify that the
492          * faulting task has a valid I/O bitmap and, it true, does the
493          * real copy and restart the instruction.  This will save us
494          * redundant copies when the currently switched task does not
495          * perform any I/O during its timeslice.
496          */
497         tss->x86_tss.io_bitmap_base = INVALID_IO_BITMAP_OFFSET_LAZY;
498 }
499
500 /*
501  *      switch_to(x,yn) should switch tasks from x to y.
502  *
503  * We fsave/fwait so that an exception goes off at the right time
504  * (as a call from the fsave or fwait in effect) rather than to
505  * the wrong process. Lazy FP saving no longer makes any sense
506  * with modern CPU's, and this simplifies a lot of things (SMP
507  * and UP become the same).
508  *
509  * NOTE! We used to use the x86 hardware context switching. The
510  * reason for not using it any more becomes apparent when you
511  * try to recover gracefully from saved state that is no longer
512  * valid (stale segment register values in particular). With the
513  * hardware task-switch, there is no way to fix up bad state in
514  * a reasonable manner.
515  *
516  * The fact that Intel documents the hardware task-switching to
517  * be slow is a fairly red herring - this code is not noticeably
518  * faster. However, there _is_ some room for improvement here,
519  * so the performance issues may eventually be a valid point.
520  * More important, however, is the fact that this allows us much
521  * more flexibility.
522  *
523  * The return value (in %ax) will be the "prev" task after
524  * the task-switch, and shows up in ret_from_fork in entry.S,
525  * for example.
526  */
527 struct task_struct * __switch_to(struct task_struct *prev_p, struct task_struct *next_p)
528 {
529         struct thread_struct *prev = &prev_p->thread,
530                                  *next = &next_p->thread;
531         int cpu = smp_processor_id();
532         struct tss_struct *tss = &per_cpu(init_tss, cpu);
533
534         /* never put a printk in __switch_to... printk() calls wake_up*() indirectly */
535
536         __unlazy_fpu(prev_p);
537
538
539         /* we're going to use this soon, after a few expensive things */
540         if (next_p->fpu_counter > 5)
541                 prefetch(next->xstate);
542
543         /*
544          * Reload esp0.
545          */
546         load_sp0(tss, next);
547
548         /*
549          * Save away %gs. No need to save %fs, as it was saved on the
550          * stack on entry.  No need to save %es and %ds, as those are
551          * always kernel segments while inside the kernel.  Doing this
552          * before setting the new TLS descriptors avoids the situation
553          * where we temporarily have non-reloadable segments in %fs
554          * and %gs.  This could be an issue if the NMI handler ever
555          * used %fs or %gs (it does not today), or if the kernel is
556          * running inside of a hypervisor layer.
557          */
558         savesegment(gs, prev->gs);
559
560         /*
561          * Load the per-thread Thread-Local Storage descriptor.
562          */
563         load_TLS(next, cpu);
564
565         /*
566          * Restore IOPL if needed.  In normal use, the flags restore
567          * in the switch assembly will handle this.  But if the kernel
568          * is running virtualized at a non-zero CPL, the popf will
569          * not restore flags, so it must be done in a separate step.
570          */
571         if (get_kernel_rpl() && unlikely(prev->iopl != next->iopl))
572                 set_iopl_mask(next->iopl);
573
574         /*
575          * Now maybe handle debug registers and/or IO bitmaps
576          */
577         if (unlikely(task_thread_info(prev_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_PREV ||
578                      task_thread_info(next_p)->flags & _TIF_WORK_CTXSW_NEXT))
579                 __switch_to_xtra(prev_p, next_p, tss);
580
581         /*
582          * Leave lazy mode, flushing any hypercalls made here.
583          * This must be done before restoring TLS segments so
584          * the GDT and LDT are properly updated, and must be
585          * done before math_state_restore, so the TS bit is up
586          * to date.
587          */
588         arch_leave_lazy_cpu_mode();
589
590         /* If the task has used fpu the last 5 timeslices, just do a full
591          * restore of the math state immediately to avoid the trap; the
592          * chances of needing FPU soon are obviously high now
593          */
594         if (next_p->fpu_counter > 5)
595                 math_state_restore();
596
597         /*
598          * Restore %gs if needed (which is common)
599          */
600         if (prev->gs | next->gs)
601                 loadsegment(gs, next->gs);
602
603         x86_write_percpu(current_task, next_p);
604
605         return prev_p;
606 }
607
608 asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
609 {
610         return do_fork(SIGCHLD, regs.sp, &regs, 0, NULL, NULL);
611 }
612
613 asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs)
614 {
615         unsigned long clone_flags;
616         unsigned long newsp;
617         int __user *parent_tidptr, *child_tidptr;
618
619         clone_flags = regs.bx;
620         newsp = regs.cx;
621         parent_tidptr = (int __user *)regs.dx;
622         child_tidptr = (int __user *)regs.di;
623         if (!newsp)
624                 newsp = regs.sp;
625         return do_fork(clone_flags, newsp, &regs, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
626 }
627
628 /*
629  * This is trivial, and on the face of it looks like it
630  * could equally well be done in user mode.
631  *
632  * Not so, for quite unobvious reasons - register pressure.
633  * In user mode vfork() cannot have a stack frame, and if
634  * done by calling the "clone()" system call directly, you
635  * do not have enough call-clobbered registers to hold all
636  * the information you need.
637  */
638 asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs)
639 {
640         return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.sp, &regs, 0, NULL, NULL);
641 }
642
643 /*
644  * sys_execve() executes a new program.
645  */
646 asmlinkage int sys_execve(struct pt_regs regs)
647 {
648         int error;
649         char * filename;
650
651         filename = getname((char __user *) regs.bx);
652         error = PTR_ERR(filename);
653         if (IS_ERR(filename))
654                 goto out;
655         error = do_execve(filename,
656                         (char __user * __user *) regs.cx,
657                         (char __user * __user *) regs.dx,
658                         &regs);
659         if (error == 0) {
660                 /* Make sure we don't return using sysenter.. */
661                 set_thread_flag(TIF_IRET);
662         }
663         putname(filename);
664 out:
665         return error;
666 }
667
668 #define top_esp                (THREAD_SIZE - sizeof(unsigned long))
669 #define top_ebp                (THREAD_SIZE - 2*sizeof(unsigned long))
670
671 unsigned long get_wchan(struct task_struct *p)
672 {
673         unsigned long bp, sp, ip;
674         unsigned long stack_page;
675         int count = 0;
676         if (!p || p == current || p->state == TASK_RUNNING)
677                 return 0;
678         stack_page = (unsigned long)task_stack_page(p);
679         sp = p->thread.sp;
680         if (!stack_page || sp < stack_page || sp > top_esp+stack_page)
681                 return 0;
682         /* include/asm-i386/system.h:switch_to() pushes bp last. */
683         bp = *(unsigned long *) sp;
684         do {
685                 if (bp < stack_page || bp > top_ebp+stack_page)
686                         return 0;
687                 ip = *(unsigned long *) (bp+4);
688                 if (!in_sched_functions(ip))
689                         return ip;
690                 bp = *(unsigned long *) bp;
691         } while (count++ < 16);
692         return 0;
693 }
694
695 unsigned long arch_align_stack(unsigned long sp)
696 {
697         if (!(current->personality & ADDR_NO_RANDOMIZE) && randomize_va_space)
698                 sp -= get_random_int() % 8192;
699         return sp & ~0xf;
700 }
701
702 unsigned long arch_randomize_brk(struct mm_struct *mm)
703 {
704         unsigned long range_end = mm->brk + 0x02000000;
705         return randomize_range(mm->brk, range_end, 0) ? : mm->brk;
706 }