arch/x86/kernel/fpu/init.c

   1 /*
   2  * x86 FPU boot time init code:
   3  */
   4 #include <asm/fpu/internal.h>
   5 #include <asm/tlbflush.h>
   6
   7 /*
   8  * Initialize the TS bit in CR0 according to the style of context-switches
   9  * we are using:
  10  */
  11 static void fpu__init_cpu_ctx_switch(void)
  12 {
  13         if (!cpu_has_eager_fpu)
  14                 stts();
  15         else
  16                 clts();
  17 }
  18
  19 /*
  20  * Initialize the registers found in all CPUs, CR0 and CR4:
  21  */
  22 static void fpu__init_cpu_generic(void)
  23 {
  24         unsigned long cr0;
  25         unsigned long cr4_mask = 0;
  26
  27         if (cpu_has_fxsr)
  28                 cr4_mask |= X86_CR4_OSFXSR;
  29         if (cpu_has_xmm)
  30                 cr4_mask |= X86_CR4_OSXMMEXCPT;
  31         if (cr4_mask)
  32                 cr4_set_bits(cr4_mask);
  33
  34         cr0 = read_cr0();
  35         cr0 &= ~(X86_CR0_TS|X86_CR0_EM); /* clear TS and EM */
  36         if (!cpu_has_fpu)
  37                 cr0 |= X86_CR0_EM;
  38         write_cr0(cr0);
  39
  40         /* Flush out any pending x87 state: */
  41         asm volatile ("fninit");
  42 }
  43
  44 /*
  45  * Enable all supported FPU features. Called when a CPU is brought online:
  46  */
  47 void fpu__init_cpu(void)
  48 {
  49         fpu__init_cpu_generic();
  50         fpu__init_cpu_xstate();
  51         fpu__init_cpu_ctx_switch();
  52 }
  53
  54 /*
  55  * The earliest FPU detection code.
  56  *
  57  * Set the X86_FEATURE_FPU CPU-capability bit based on
  58  * trying to execute an actual sequence of FPU instructions:
  59  */
  60 static void fpu__init_system_early_generic(struct cpuinfo_x86 *c)
  61 {
  62         unsigned long cr0;
  63         u16 fsw, fcw;
  64
  65         fsw = fcw = 0xffff;
  66
  67         cr0 = read_cr0();
  68         cr0 &= ~(X86_CR0_TS | X86_CR0_EM);
  69         write_cr0(cr0);
  70
  71         asm volatile("fninit ; fnstsw %0 ; fnstcw %1"
  72                      : "+m" (fsw), "+m" (fcw));
  73
  74         if (fsw == 0 && (fcw & 0x103f) == 0x003f)
  75                 set_cpu_cap(c, X86_FEATURE_FPU);
  76         else
  77                 clear_cpu_cap(c, X86_FEATURE_FPU);
  78
  79 #ifndef CONFIG_MATH_EMULATION
  80         if (!cpu_has_fpu) {
  81                 pr_emerg("x86/fpu: Giving up, no FPU found and no math emulation present\n");
  82                 for (;;)
  83                         asm volatile("hlt");
  84         }
  85 #endif
  86 }
  87
  88 /*
  89  * Boot time FPU feature detection code:
  90  */
  91 unsigned int mxcsr_feature_mask __read_mostly = 0xffffffffu;
  92
  93 static void __init fpu__init_system_mxcsr(void)
  94 {
  95         unsigned int mask = 0;
  96
  97         if (cpu_has_fxsr) {
  98                 /* Static because GCC does not get 16-byte stack alignment right: */
  99                 static struct fxregs_state fxregs __initdata;
 100
 101                 asm volatile("fxsave %0" : "+m" (fxregs));
 102
 103                 mask = fxregs.mxcsr_mask;
 104
 105                 /*
 106                  * If zero then use the default features mask,
 107                  * which has all features set, except the
 108                  * denormals-are-zero feature bit:
 109                  */
 110                 if (mask == 0)
 111                         mask = 0x0000ffbf;
 112         }
 113         mxcsr_feature_mask &= mask;
 114 }
 115
 116 /*
 117  * Once per bootup FPU initialization sequences that will run on most x86 CPUs:
 118  */
 119 static void __init fpu__init_system_generic(void)
 120 {
 121         /*
 122          * Set up the legacy init FPU context. (xstate init might overwrite this
 123          * with a more modern format, if the CPU supports it.)
 124          */
 125         fpstate_init_fxstate(&init_fpstate.fxsave);
 126
 127         fpu__init_system_mxcsr();
 128 }
 129
 130 /*
 131  * Size of the FPU context state. All tasks in the system use the
 132  * same context size, regardless of what portion they use.
 133  * This is inherent to the XSAVE architecture which puts all state
 134  * components into a single, continuous memory block:
 135  */
 136 unsigned int xstate_size;
 137 EXPORT_SYMBOL_GPL(xstate_size);
 138
 139 #define CHECK_MEMBER_AT_END_OF(TYPE, MEMBER)    \
 140         BUILD_BUG_ON((sizeof(TYPE) -                    \
 141                         offsetof(TYPE, MEMBER) -        \
 142                         sizeof(((TYPE *)0)->MEMBER)) >  \
 143                         0)                              \
 144
 145 /*
 146  * We append the 'struct fpu' to the task_struct.
 147  */
 148 int __weak arch_task_struct_size(void)
 149 {
 150         int task_size = sizeof(struct task_struct);
 151
 152         /*
 153          * Subtract off the static size of the register state.
 154          * It potentially has a bunch of padding.
 155          */
 156         task_size -= sizeof(((struct task_struct *)0)->thread.fpu.state);
 157
 158         /*
 159          * Add back the dynamically-calculated register state
 160          * size.
 161          */
 162         task_size += xstate_size;
 163
 164         /*
 165          * We dynamically size 'struct fpu', so we require that
 166          * it be at the end of 'thread_struct' and that
 167          * 'thread_struct' be at the end of 'task_struct'.  If
 168          * you hit a compile error here, check the structure to
 169          * see if something got added to the end.
 170          */
 171         CHECK_MEMBER_AT_END_OF(struct fpu, state);
 172         CHECK_MEMBER_AT_END_OF(struct thread_struct, fpu);
 173         CHECK_MEMBER_AT_END_OF(struct task_struct, thread);
 174
 175         return task_size;
 176 }
 177
 178 /*
 179  * Set up the xstate_size based on the legacy FPU context size.
 180  *
 181  * We set this up first, and later it will be overwritten by
 182  * fpu__init_system_xstate() if the CPU knows about xstates.
 183  */
 184 static void __init fpu__init_system_xstate_size_legacy(void)
 185 {
 186         static int on_boot_cpu = 1;
 187
 188         WARN_ON_FPU(!on_boot_cpu);
 189         on_boot_cpu = 0;
 190
 191         /*
 192          * Note that xstate_size might be overwriten later during
 193          * fpu__init_system_xstate().
 194          */
 195
 196         if (!cpu_has_fpu) {
 197                 /*
 198                  * Disable xsave as we do not support it if i387
 199                  * emulation is enabled.
 200                  */
 201                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVE);
 202                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVEOPT);
 203                 xstate_size = sizeof(struct swregs_state);
 204         } else {
 205                 if (cpu_has_fxsr)
 206                         xstate_size = sizeof(struct fxregs_state);
 207                 else
 208                         xstate_size = sizeof(struct fregs_state);
 209         }
 210         /*
 211          * Quirk: we don't yet handle the XSAVES* instructions
 212          * correctly, as we don't correctly convert between
 213          * standard and compacted format when interfacing
 214          * with user-space - so disable it for now.
 215          *
 216          * The difference is small: with recent CPUs the
 217          * compacted format is only marginally smaller than
 218          * the standard FPU state format.
 219          *
 220          * ( This is easy to backport while we are fixing
 221          *   XSAVES* support. )
 222          */
 223         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVES);
 224 }
 225
 226 /*
 227  * FPU context switching strategies:
 228  *
 229  * Against popular belief, we don't do lazy FPU saves, due to the
 230  * task migration complications it brings on SMP - we only do
 231  * lazy FPU restores.
 232  *
 233  * 'lazy' is the traditional strategy, which is based on setting
 234  * CR0::TS to 1 during context-switch (instead of doing a full
 235  * restore of the FPU state), which causes the first FPU instruction
 236  * after the context switch (whenever it is executed) to fault - at
 237  * which point we lazily restore the FPU state into FPU registers.
 238  *
 239  * Tasks are of course under no obligation to execute FPU instructions,
 240  * so it can easily happen that another context-switch occurs without
 241  * a single FPU instruction being executed. If we eventually switch
 242  * back to the original task (that still owns the FPU) then we have
 243  * not only saved the restores along the way, but we also have the
 244  * FPU ready to be used for the original task.
 245  *
 246  * 'eager' switching is used on modern CPUs, there we switch the FPU
 247  * state during every context switch, regardless of whether the task
 248  * has used FPU instructions in that time slice or not. This is done
 249  * because modern FPU context saving instructions are able to optimize
 250  * state saving and restoration in hardware: they can detect both
 251  * unused and untouched FPU state and optimize accordingly.
 252  *
 253  * [ Note that even in 'lazy' mode we might optimize context switches
 254  *   to use 'eager' restores, if we detect that a task is using the FPU
 255  *   frequently. See the fpu->counter logic in fpu/internal.h for that. ]
 256  */
 257 static enum { AUTO, ENABLE, DISABLE } eagerfpu = AUTO;
 258
 259 static int __init eager_fpu_setup(char *s)
 260 {
 261         if (!strcmp(s, "on"))
 262                 eagerfpu = ENABLE;
 263         else if (!strcmp(s, "off"))
 264                 eagerfpu = DISABLE;
 265         else if (!strcmp(s, "auto"))
 266                 eagerfpu = AUTO;
 267         return 1;
 268 }
 269 __setup("eagerfpu=", eager_fpu_setup);
 270
 271 /*
 272  * Pick the FPU context switching strategy:
 273  */
 274 static void __init fpu__init_system_ctx_switch(void)
 275 {
 276         static bool on_boot_cpu = 1;
 277
 278         WARN_ON_FPU(!on_boot_cpu);
 279         on_boot_cpu = 0;
 280
 281         WARN_ON_FPU(current->thread.fpu.fpstate_active);
 282         current_thread_info()->status = 0;
 283
 284         /* Auto enable eagerfpu for xsaveopt */
 285         if (cpu_has_xsaveopt && eagerfpu != DISABLE)
 286                 eagerfpu = ENABLE;
 287
 288         if (xfeatures_mask & XSTATE_EAGER) {
 289                 if (eagerfpu == DISABLE) {
 290                         pr_err("x86/fpu: eagerfpu switching disabled, disabling the following xstate features: 0x%llx.\n",
 291                                xfeatures_mask & XSTATE_EAGER);
 292                         xfeatures_mask &= ~XSTATE_EAGER;
 293                 } else {
 294                         eagerfpu = ENABLE;
 295                 }
 296         }
 297
 298         if (eagerfpu == ENABLE)
 299                 setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_EAGER_FPU);
 300
 301         printk(KERN_INFO "x86/fpu: Using '%s' FPU context switches.\n", eagerfpu == ENABLE ? "eager" : "lazy");
 302 }
 303
 304 /*
 305  * Called on the boot CPU once per system bootup, to set up the initial
 306  * FPU state that is later cloned into all processes:
 307  */
 308 void __init fpu__init_system(struct cpuinfo_x86 *c)
 309 {
 310         fpu__init_system_early_generic(c);
 311
 312         /*
 313          * The FPU has to be operational for some of the
 314          * later FPU init activities:
 315          */
 316         fpu__init_cpu();
 317
 318         /*
 319          * But don't leave CR0::TS set yet, as some of the FPU setup
 320          * methods depend on being able to execute FPU instructions
 321          * that will fault on a set TS, such as the FXSAVE in
 322          * fpu__init_system_mxcsr().
 323          */
 324         clts();
 325
 326         fpu__init_system_generic();
 327         fpu__init_system_xstate_size_legacy();
 328         fpu__init_system_xstate();
 329
 330         fpu__init_system_ctx_switch();
 331 }
 332
 333 /*
 334  * Boot parameter to turn off FPU support and fall back to math-emu:
 335  */
 336 static int __init no_387(char *s)
 337 {
 338         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_FPU);
 339         return 1;
 340 }
 341 __setup("no387", no_387);
 342
 343 /*
 344  * Disable all xstate CPU features:
 345  */
 346 static int __init x86_noxsave_setup(char *s)
 347 {
 348         if (strlen(s))
 349                 return 0;
 350
 351         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVE);
 352         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVEOPT);
 353         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVES);
 354         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_AVX);
 355         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_AVX2);
 356
 357         return 1;
 358 }
 359 __setup("noxsave", x86_noxsave_setup);
 360
 361 /*
 362  * Disable the XSAVEOPT instruction specifically:
 363  */
 364 static int __init x86_noxsaveopt_setup(char *s)
 365 {
 366         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVEOPT);
 367
 368         return 1;
 369 }
 370 __setup("noxsaveopt", x86_noxsaveopt_setup);
 371
 372 /*
 373  * Disable the XSAVES instruction:
 374  */
 375 static int __init x86_noxsaves_setup(char *s)
 376 {
 377         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XSAVES);
 378
 379         return 1;
 380 }
 381 __setup("noxsaves", x86_noxsaves_setup);
 382
 383 /*
 384  * Disable FX save/restore and SSE support:
 385  */
 386 static int __init x86_nofxsr_setup(char *s)
 387 {
 388         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_FXSR);
 389         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_FXSR_OPT);
 390         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_XMM);
 391
 392         return 1;
 393 }
 394 __setup("nofxsr", x86_nofxsr_setup);