[PATCH] i386: Initialize the per-CPU data area
authorJeremy Fitzhardinge <jeremy@goop.org>
Thu, 7 Dec 2006 01:14:02 +0000 (02:14 +0100)
committerAndi Kleen <andi@basil.nowhere.org>
Thu, 7 Dec 2006 01:14:02 +0000 (02:14 +0100)
When a CPU is brought up, a PDA and GDT are allocated for it.  The GDT's
__KERNEL_PDA entry is pointed to the allocated PDA memory, so that all
references using this segment descriptor will refer to the PDA.

This patch rearranges CPU initialization a bit, so that the GDT/PDA are set up
as early as possible in cpu_init().  Also for secondary CPUs, GDT+PDA are
preallocated and initialized so all the secondary CPU needs to do is set up
the ldt and load %gs.  This will be important once smp_processor_id() and
current use the PDA.

In all cases, the PDA is set up in head.S, before a CPU starts running C code,
so the PDA is always available.

Signed-off-by: Jeremy Fitzhardinge <jeremy@xensource.com>
Signed-off-by: Andi Kleen <ak@suse.de>
Cc: Chuck Ebbert <76306.1226@compuserve.com>
Cc: Zachary Amsden <zach@vmware.com>
Cc: Jan Beulich <jbeulich@novell.com>
Cc: Andi Kleen <ak@suse.de>
Cc: James Bottomley <James.Bottomley@SteelEye.com>
Cc: Matt Tolentino <matthew.e.tolentino@intel.com>
Signed-off-by: Andrew Morton <akpm@osdl.org>
arch/i386/kernel/cpu/common.c
arch/i386/kernel/smpboot.c
arch/i386/mach-voyager/voyager_smp.c
include/asm-i386/processor.h

index 5532fc4..2534e25 100644 (file)
 #include <asm/apic.h>
 #include <mach_apic.h>
 #endif
+#include <asm/pda.h>
 
 #include "cpu.h"
 
 DEFINE_PER_CPU(struct Xgt_desc_struct, cpu_gdt_descr);
 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_gdt_descr);
 
+struct i386_pda *_cpu_pda[NR_CPUS] __read_mostly;
+EXPORT_SYMBOL(_cpu_pda);
+
 static int cachesize_override __cpuinitdata = -1;
 static int disable_x86_fxsr __cpuinitdata;
 static int disable_x86_serial_nr __cpuinitdata = 1;
@@ -588,41 +592,16 @@ void __init early_cpu_init(void)
        disable_pse = 1;
 #endif
 }
-/*
- * cpu_init() initializes state that is per-CPU. Some data is already
- * initialized (naturally) in the bootstrap process, such as the GDT
- * and IDT. We reload them nevertheless, this function acts as a
- * 'CPU state barrier', nothing should get across.
- */
-void __cpuinit cpu_init(void)
+
+__cpuinit int alloc_gdt(int cpu)
 {
-       int cpu = smp_processor_id();
-       struct tss_struct * t = &per_cpu(init_tss, cpu);
-       struct thread_struct *thread = &current->thread;
-       struct desc_struct *gdt;
        struct Xgt_desc_struct *cpu_gdt_descr = &per_cpu(cpu_gdt_descr, cpu);
+       struct desc_struct *gdt;
+       struct i386_pda *pda;
 
-       if (cpu_test_and_set(cpu, cpu_initialized)) {
-               printk(KERN_WARNING "CPU#%d already initialized!\n", cpu);
-               for (;;) local_irq_enable();
-       }
-       printk(KERN_INFO "Initializing CPU#%d\n", cpu);
+       gdt = (struct desc_struct *)cpu_gdt_descr->address;
+       pda = cpu_pda(cpu);
 
-       if (cpu_has_vme || cpu_has_tsc || cpu_has_de)
-               clear_in_cr4(X86_CR4_VME|X86_CR4_PVI|X86_CR4_TSD|X86_CR4_DE);
-       if (tsc_disable && cpu_has_tsc) {
-               printk(KERN_NOTICE "Disabling TSC...\n");
-               /**** FIX-HPA: DOES THIS REALLY BELONG HERE? ****/
-               clear_bit(X86_FEATURE_TSC, boot_cpu_data.x86_capability);
-               set_in_cr4(X86_CR4_TSD);
-       }
-
-       /* The CPU hotplug case */
-       if (cpu_gdt_descr->address) {
-               gdt = (struct desc_struct *)cpu_gdt_descr->address;
-               memset(gdt, 0, PAGE_SIZE);
-               goto old_gdt;
-       }
        /*
         * This is a horrible hack to allocate the GDT.  The problem
         * is that cpu_init() is called really early for the boot CPU
@@ -630,36 +609,117 @@ void __cpuinit cpu_init(void)
         * CPUs, when bootmem will have gone away
         */
        if (NODE_DATA(0)->bdata->node_bootmem_map) {
-               gdt = (struct desc_struct *)alloc_bootmem_pages(PAGE_SIZE);
-               /* alloc_bootmem_pages panics on failure, so no check */
+               BUG_ON(gdt != NULL || pda != NULL);
+
+               gdt = alloc_bootmem_pages(PAGE_SIZE);
+               pda = alloc_bootmem(sizeof(*pda));
+               /* alloc_bootmem(_pages) panics on failure, so no check */
+
                memset(gdt, 0, PAGE_SIZE);
+               memset(pda, 0, sizeof(*pda));
        } else {
-               gdt = (struct desc_struct *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
-               if (unlikely(!gdt)) {
-                       printk(KERN_CRIT "CPU%d failed to allocate GDT\n", cpu);
-                       for (;;)
-                               local_irq_enable();
+               /* GDT and PDA might already have been allocated if
+                  this is a CPU hotplug re-insertion. */
+               if (gdt == NULL)
+                       gdt = (struct desc_struct *)get_zeroed_page(GFP_KERNEL);
+
+               if (pda == NULL)
+                       pda = kmalloc_node(sizeof(*pda), GFP_KERNEL, cpu_to_node(cpu));
+
+               if (unlikely(!gdt || !pda)) {
+                       free_pages((unsigned long)gdt, 0);
+                       kfree(pda);
+                       return 0;
                }
        }
-old_gdt:
+
+       cpu_gdt_descr->address = (unsigned long)gdt;
+       cpu_pda(cpu) = pda;
+
+       return 1;
+}
+
+/* Initial PDA used by boot CPU */
+struct i386_pda boot_pda = {
+       ._pda = &boot_pda,
+};
+
+/* Initialize the CPU's GDT and PDA.  The boot CPU does this for
+   itself, but secondaries find this done for them. */
+__cpuinit int init_gdt(int cpu, struct task_struct *idle)
+{
+       struct Xgt_desc_struct *cpu_gdt_descr = &per_cpu(cpu_gdt_descr, cpu);
+       struct desc_struct *gdt;
+       struct i386_pda *pda;
+
+       /* For non-boot CPUs, the GDT and PDA should already have been
+          allocated. */
+       if (!alloc_gdt(cpu)) {
+               printk(KERN_CRIT "CPU%d failed to allocate GDT or PDA\n", cpu);
+               return 0;
+       }
+
+       gdt = (struct desc_struct *)cpu_gdt_descr->address;
+       pda = cpu_pda(cpu);
+
+       BUG_ON(gdt == NULL || pda == NULL);
+
        /*
         * Initialize the per-CPU GDT with the boot GDT,
         * and set up the GDT descriptor:
         */
        memcpy(gdt, cpu_gdt_table, GDT_SIZE);
        cpu_gdt_descr->size = GDT_SIZE - 1;
-       cpu_gdt_descr->address = (unsigned long)gdt;
 
+       pack_descriptor((u32 *)&gdt[GDT_ENTRY_PDA].a,
+                       (u32 *)&gdt[GDT_ENTRY_PDA].b,
+                       (unsigned long)pda, sizeof(*pda) - 1,
+                       0x80 | DESCTYPE_S | 0x2, 0); /* present read-write data segment */
+
+       memset(pda, 0, sizeof(*pda));
+       pda->_pda = pda;
+
+       return 1;
+}
+
+/* Common CPU init for both boot and secondary CPUs */
+static void __cpuinit _cpu_init(int cpu, struct task_struct *curr)
+{
+       struct tss_struct * t = &per_cpu(init_tss, cpu);
+       struct thread_struct *thread = &curr->thread;
+       struct Xgt_desc_struct *cpu_gdt_descr = &per_cpu(cpu_gdt_descr, cpu);
+
+       /* Reinit these anyway, even if they've already been done (on
+          the boot CPU, this will transition from the boot gdt+pda to
+          the real ones). */
        load_gdt(cpu_gdt_descr);
+
+       if (cpu_test_and_set(cpu, cpu_initialized)) {
+               printk(KERN_WARNING "CPU#%d already initialized!\n", cpu);
+               for (;;) local_irq_enable();
+       }
+
+       printk(KERN_INFO "Initializing CPU#%d\n", cpu);
+
+       if (cpu_has_vme || cpu_has_tsc || cpu_has_de)
+               clear_in_cr4(X86_CR4_VME|X86_CR4_PVI|X86_CR4_TSD|X86_CR4_DE);
+       if (tsc_disable && cpu_has_tsc) {
+               printk(KERN_NOTICE "Disabling TSC...\n");
+               /**** FIX-HPA: DOES THIS REALLY BELONG HERE? ****/
+               clear_bit(X86_FEATURE_TSC, boot_cpu_data.x86_capability);
+               set_in_cr4(X86_CR4_TSD);
+       }
+
        load_idt(&idt_descr);
 
        /*
         * Set up and load the per-CPU TSS and LDT
         */
        atomic_inc(&init_mm.mm_count);
-       current->active_mm = &init_mm;
-       BUG_ON(current->mm);
-       enter_lazy_tlb(&init_mm, current);
+       curr->active_mm = &init_mm;
+       if (curr->mm)
+               BUG();
+       enter_lazy_tlb(&init_mm, curr);
 
        load_esp0(t, thread);
        set_tss_desc(cpu,t);
@@ -690,6 +750,37 @@ old_gdt:
        mxcsr_feature_mask_init();
 }
 
+/* Entrypoint to initialize secondary CPU */
+void __cpuinit secondary_cpu_init(void)
+{
+       int cpu = smp_processor_id();
+       struct task_struct *curr = current;
+
+       _cpu_init(cpu, curr);
+}
+
+/*
+ * cpu_init() initializes state that is per-CPU. Some data is already
+ * initialized (naturally) in the bootstrap process, such as the GDT
+ * and IDT. We reload them nevertheless, this function acts as a
+ * 'CPU state barrier', nothing should get across.
+ */
+void __cpuinit cpu_init(void)
+{
+       int cpu = smp_processor_id();
+       struct task_struct *curr = current;
+
+       /* Set up the real GDT and PDA, so we can transition from the
+          boot versions. */
+       if (!init_gdt(cpu, curr)) {
+               /* failed to allocate something; not much we can do... */
+               for (;;)
+                       local_irq_enable();
+       }
+
+       _cpu_init(cpu, curr);
+}
+
 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 void __cpuinit cpu_uninit(void)
 {
index 4bb8b77..0956366 100644 (file)
@@ -52,6 +52,7 @@
 #include <asm/desc.h>
 #include <asm/arch_hooks.h>
 #include <asm/nmi.h>
+#include <asm/pda.h>
 
 #include <mach_apic.h>
 #include <mach_wakecpu.h>
@@ -536,11 +537,11 @@ set_cpu_sibling_map(int cpu)
 static void __devinit start_secondary(void *unused)
 {
        /*
-        * Dont put anything before smp_callin(), SMP
+        * Don't put *anything* before secondary_cpu_init(), SMP
         * booting is too fragile that we want to limit the
         * things done here to the most necessary things.
         */
-       cpu_init();
+       secondary_cpu_init();
        preempt_disable();
        smp_callin();
        while (!cpu_isset(smp_processor_id(), smp_commenced_mask))
@@ -599,13 +600,16 @@ void __devinit initialize_secondary(void)
                "movl %0,%%esp\n\t"
                "jmp *%1"
                :
-               :"r" (current->thread.esp),"r" (current->thread.eip));
+               :"m" (current->thread.esp),"m" (current->thread.eip));
 }
 
+/* Static state in head.S used to set up a CPU */
 extern struct {
        void * esp;
        unsigned short ss;
 } stack_start;
+extern struct i386_pda *start_pda;
+extern struct Xgt_desc_struct cpu_gdt_descr;
 
 #ifdef CONFIG_NUMA
 
@@ -936,9 +940,6 @@ static int __devinit do_boot_cpu(int apicid, int cpu)
        unsigned long start_eip;
        unsigned short nmi_high = 0, nmi_low = 0;
 
-       ++cpucount;
-       alternatives_smp_switch(1);
-
        /*
         * We can't use kernel_thread since we must avoid to
         * reschedule the child.
@@ -946,15 +947,30 @@ static int __devinit do_boot_cpu(int apicid, int cpu)
        idle = alloc_idle_task(cpu);
        if (IS_ERR(idle))
                panic("failed fork for CPU %d", cpu);
+
+       /* Pre-allocate and initialize the CPU's GDT and PDA so it
+          doesn't have to do any memory allocation during the
+          delicate CPU-bringup phase. */
+       if (!init_gdt(cpu, idle)) {
+               printk(KERN_INFO "Couldn't allocate GDT/PDA for CPU %d\n", cpu);
+               return -1;      /* ? */
+       }
+
        idle->thread.eip = (unsigned long) start_secondary;
        /* start_eip had better be page-aligned! */
        start_eip = setup_trampoline();
 
+       ++cpucount;
+       alternatives_smp_switch(1);
+
        /* So we see what's up   */
        printk("Booting processor %d/%d eip %lx\n", cpu, apicid, start_eip);
        /* Stack for startup_32 can be just as for start_secondary onwards */
        stack_start.esp = (void *) idle->thread.esp;
 
+       start_pda = cpu_pda(cpu);
+       cpu_gdt_descr = per_cpu(cpu_gdt_descr, cpu);
+
        irq_ctx_init(cpu);
 
        x86_cpu_to_apicid[cpu] = apicid;
index f3fea2a..55428e6 100644 (file)
@@ -28,6 +28,7 @@
 #include <asm/pgalloc.h>
 #include <asm/tlbflush.h>
 #include <asm/arch_hooks.h>
+#include <asm/pda.h>
 
 /* TLB state -- visible externally, indexed physically */
 DEFINE_PER_CPU(struct tlb_state, cpu_tlbstate) ____cacheline_aligned = { &init_mm, 0 };
@@ -422,6 +423,7 @@ find_smp_config(void)
             VOYAGER_SUS_IN_CONTROL_PORT);
 
        current_thread_info()->cpu = boot_cpu_id;
+       write_pda(cpu_number, boot_cpu_id);
 }
 
 /*
@@ -458,7 +460,7 @@ start_secondary(void *unused)
        /* external functions not defined in the headers */
        extern void calibrate_delay(void);
 
-       cpu_init();
+       secondary_cpu_init();
 
        /* OK, we're in the routine */
        ack_CPI(VIC_CPU_BOOT_CPI);
@@ -578,6 +580,15 @@ do_boot_cpu(__u8 cpu)
        /* init_tasks (in sched.c) is indexed logically */
        stack_start.esp = (void *) idle->thread.esp;
 
+       /* Pre-allocate and initialize the CPU's GDT and PDA so it
+          doesn't have to do any memory allocation during the
+          delicate CPU-bringup phase. */
+       if (!init_gdt(cpu, idle)) {
+               printk(KERN_INFO "Couldn't allocate GDT/PDA for CPU %d\n", cpu);
+               cpucount--;
+               return;
+       }
+
        irq_ctx_init(cpu);
 
        /* Note: Don't modify initial ss override */
@@ -1963,4 +1974,5 @@ void __init
 smp_setup_processor_id(void)
 {
        current_thread_info()->cpu = hard_smp_processor_id();
+       write_pda(cpu_number, hard_smp_processor_id());
 }
index e0ddca9..a9f2041 100644 (file)
@@ -727,4 +727,7 @@ extern unsigned long boot_option_idle_override;
 extern void enable_sep_cpu(void);
 extern int sysenter_setup(void);
 
+extern int init_gdt(int cpu, struct task_struct *idle);
+extern void secondary_cpu_init(void);
+
 #endif /* __ASM_I386_PROCESSOR_H */