arch/arm64/mm/init.c

   1 /*
   2  * Based on arch/arm/mm/init.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   5  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   9  * published by the Free Software Foundation.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18  */
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/export.h>
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/swap.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/bootmem.h>
  26 #include <linux/cache.h>
  27 #include <linux/mman.h>
  28 #include <linux/nodemask.h>
  29 #include <linux/initrd.h>
  30 #include <linux/gfp.h>
  31 #include <linux/memblock.h>
  32 #include <linux/sort.h>
  33 #include <linux/of_fdt.h>
  34 #include <linux/dma-mapping.h>
  35 #include <linux/dma-contiguous.h>
  36 #include <linux/efi.h>
  37 #include <linux/swiotlb.h>
  38 #include <linux/vmalloc.h>
  39
  40 #include <asm/boot.h>
  41 #include <asm/fixmap.h>
  42 #include <asm/kasan.h>
  43 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  44 #include <asm/memory.h>
  45 #include <asm/numa.h>
  46 #include <asm/sections.h>
  47 #include <asm/setup.h>
  48 #include <asm/sizes.h>
  49 #include <asm/tlb.h>
  50 #include <asm/alternative.h>
  51
  52 /*
  53  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  54  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  55  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  56  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  57  */
  58 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  59 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  60
  61 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
  62 static int __init early_initrd(char *p)
  63 {
  64         unsigned long start, size;
  65         char *endp;
  66
  67         start = memparse(p, &endp);
  68         if (*endp == ',') {
  69                 size = memparse(endp + 1, NULL);
  70
  71                 initrd_start = start;
  72                 initrd_end = start + size;
  73         }
  74         return 0;
  75 }
  76 early_param("initrd", early_initrd);
  77 #endif
  78
  79 /*
  80  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA (DMA_BIT_MASK(32)). It
  81  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
  82  * use a DMA offset.
  83  */
  84 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
  85 {
  86         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
  87         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
  88 }
  89
  90 #ifdef CONFIG_NUMA
  91
  92 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
  93 {
  94         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
  95
  96         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA))
  97                 max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
  98         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
  99
 100         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 101 }
 102
 103 #else
 104
 105 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 106 {
 107         struct memblock_region *reg;
 108         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 109         unsigned long max_dma = min;
 110
 111         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 112
 113         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 114 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 115         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 116         zone_size[ZONE_DMA] = max_dma - min;
 117 #endif
 118         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
 119
 120         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
 121
 122         for_each_memblock(memory, reg) {
 123                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
 124                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
 125
 126                 if (start >= max)
 127                         continue;
 128
 129 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 130                 if (start < max_dma) {
 131                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
 132                         zhole_size[ZONE_DMA] -= dma_end - start;
 133                 }
 134 #endif
 135                 if (end > max_dma) {
 136                         unsigned long normal_end = min(end, max);
 137                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
 138                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
 139                 }
 140         }
 141
 142         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
 143 }
 144
 145 #endif /* CONFIG_NUMA */
 146
 147 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
 148 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 149 {
 150         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
 151
 152         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
 153                 return 0;
 154         return memblock_is_map_memory(addr);
 155 }
 156 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 157 #endif
 158
 159 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
 160 static void __init arm64_memory_present(void)
 161 {
 162 }
 163 #else
 164 static void __init arm64_memory_present(void)
 165 {
 166         struct memblock_region *reg;
 167
 168         for_each_memblock(memory, reg) {
 169                 int nid = memblock_get_region_node(reg);
 170
 171                 memory_present(nid, memblock_region_memory_base_pfn(reg),
 172                                 memblock_region_memory_end_pfn(reg));
 173         }
 174 }
 175 #endif
 176
 177 static phys_addr_t memory_limit = (phys_addr_t)ULLONG_MAX;
 178
 179 /*
 180  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 181  */
 182 static int __init early_mem(char *p)
 183 {
 184         if (!p)
 185                 return 1;
 186
 187         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 188         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 189
 190         return 0;
 191 }
 192 early_param("mem", early_mem);
 193
 194 void __init arm64_memblock_init(void)
 195 {
 196         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
 197
 198         /*
 199          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
 200          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
 201          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
 202          */
 203         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
 204
 205         /*
 206          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 207          */
 208         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 209                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 210
 211         /*
 212          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 213          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 214          * high in memory.
 215          */
 216         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size, __pa(_end)),
 217                         ULLONG_MAX);
 218         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 219                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 220                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 221                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 222                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 223         }
 224
 225         /*
 226          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 227          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 228          * via the linear mapping.
 229          */
 230         if (memory_limit != (phys_addr_t)ULLONG_MAX) {
 231                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 232                 memblock_add(__pa(_text), (u64)(_end - _text));
 233         }
 234
 235         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && initrd_start) {
 236                 /*
 237                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 238                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 239                  * Otherwise, this is a no-op
 240                  */
 241                 u64 base = initrd_start & PAGE_MASK;
 242                 u64 size = PAGE_ALIGN(initrd_end) - base;
 243
 244                 /*
 245                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 246                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 247                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 248                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 249                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 250                  * always access both.
 251                  */
 252                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 253                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 254                                        linear_region_size,
 255                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 256                         initrd_start = 0;
 257                 } else {
 258                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 259                         memblock_add(base, size);
 260                         memblock_reserve(base, size);
 261                 }
 262         }
 263
 264         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 265                 extern u16 memstart_offset_seed;
 266                 u64 range = linear_region_size -
 267                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
 268
 269                 /*
 270                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 271                  * margin, the size of the region that the available physical
 272                  * memory spans, randomize the linear region as well.
 273                  */
 274                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 275                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 276                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 277                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 278                 }
 279         }
 280
 281         /*
 282          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 283          * pagetables with memblock.
 284          */
 285         memblock_reserve(__pa(_text), _end - _text);
 286 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 287         if (initrd_start) {
 288                 memblock_reserve(initrd_start, initrd_end - initrd_start);
 289
 290                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 291                 initrd_start = __phys_to_virt(initrd_start);
 292                 initrd_end = __phys_to_virt(initrd_end);
 293         }
 294 #endif
 295
 296         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 297
 298         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 299         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA))
 300                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
 301         else
 302                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 303         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 304         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 305
 306         memblock_allow_resize();
 307 }
 308
 309 void __init bootmem_init(void)
 310 {
 311         unsigned long min, max;
 312
 313         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 314         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 315
 316         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 317
 318         max_pfn = max_low_pfn = max;
 319
 320         arm64_numa_init();
 321         /*
 322          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
 323          * done after the fixed reservations.
 324          */
 325         arm64_memory_present();
 326
 327         sparse_init();
 328         zone_sizes_init(min, max);
 329
 330         memblock_dump_all();
 331 }
 332
 333 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 334 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 335 {
 336         struct page *start_pg, *end_pg;
 337         unsigned long pg, pgend;
 338
 339         /*
 340          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 341          */
 342         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 343         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 344
 345         /*
 346          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
 347          * downwards.
 348          */
 349         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 350         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 351
 352         /*
 353          * If there are free pages between these, free the section of the
 354          * memmap array.
 355          */
 356         if (pg < pgend)
 357                 free_bootmem(pg, pgend - pg);
 358 }
 359
 360 /*
 361  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
 362  */
 363 static void __init free_unused_memmap(void)
 364 {
 365         unsigned long start, prev_end = 0;
 366         struct memblock_region *reg;
 367
 368         for_each_memblock(memory, reg) {
 369                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
 370
 371 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 372                 /*
 373                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
 374                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
 375                  */
 376                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 377 #endif
 378                 /*
 379                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
 380                  * current bank and the previous, free it.
 381                  */
 382                 if (prev_end && prev_end < start)
 383                         free_memmap(prev_end, start);
 384
 385                 /*
 386                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 387                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 388                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 389                  */
 390                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
 391                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
 392         }
 393
 394 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 395         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 396                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 397 #endif
 398 }
 399 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 400
 401 /*
 402  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 403  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 404  * memory after the kernel image.
 405  */
 406 void __init mem_init(void)
 407 {
 408         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 409             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
 410                 swiotlb_init(1);
 411         else
 412                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 413
 414         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
 415
 416 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 417         free_unused_memmap();
 418 #endif
 419         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 420         free_all_bootmem();
 421
 422         mem_init_print_info(NULL);
 423
 424 #define MLK(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 10
 425 #define MLM(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 20
 426 #define MLG(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 30
 427 #define MLK_ROUNDUP(b, t) b, t, DIV_ROUND_UP(((t) - (b)), SZ_1K)
 428
 429         pr_notice("Virtual kernel memory layout:\n");
 430 #ifdef CONFIG_KASAN
 431         pr_notice("    kasan   : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB)\n",
 432                 MLG(KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END));
 433 #endif
 434         pr_notice("    modules : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
 435                 MLM(MODULES_VADDR, MODULES_END));
 436         pr_notice("    vmalloc : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB)\n",
 437                 MLG(VMALLOC_START, VMALLOC_END));
 438         pr_notice("      .text : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 439                 MLK_ROUNDUP(_text, _etext));
 440         pr_notice("    .rodata : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 441                 MLK_ROUNDUP(__start_rodata, __init_begin));
 442         pr_notice("      .init : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 443                 MLK_ROUNDUP(__init_begin, __init_end));
 444         pr_notice("      .data : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 445                 MLK_ROUNDUP(_sdata, _edata));
 446         pr_notice("       .bss : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 447                 MLK_ROUNDUP(__bss_start, __bss_stop));
 448         pr_notice("    fixed   : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld KB)\n",
 449                 MLK(FIXADDR_START, FIXADDR_TOP));
 450         pr_notice("    PCI I/O : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
 451                 MLM(PCI_IO_START, PCI_IO_END));
 452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 453         pr_notice("    vmemmap : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB maximum)\n",
 454                 MLG(VMEMMAP_START, VMEMMAP_START + VMEMMAP_SIZE));
 455         pr_notice("              0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB actual)\n",
 456                 MLM((unsigned long)phys_to_page(memblock_start_of_DRAM()),
 457                     (unsigned long)virt_to_page(high_memory)));
 458 #endif
 459         pr_notice("    memory  : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
 460                 MLM(__phys_to_virt(memblock_start_of_DRAM()),
 461                     (unsigned long)high_memory));
 462
 463 #undef MLK
 464 #undef MLM
 465 #undef MLK_ROUNDUP
 466
 467         /*
 468          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 469          * detected at build time already.
 470          */
 471 #ifdef CONFIG_COMPAT
 472         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32                       > TASK_SIZE_64);
 473 #endif
 474
 475 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 476         /*
 477          * Make sure we chose the upper bound of sizeof(struct page)
 478          * correctly when sizing the VMEMMAP array.
 479          */
 480         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct page) > (1 << STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT));
 481 #endif
 482
 483         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 484                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 485                 /*
 486                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 487                  * overcommit, so turn it on by default.
 488                  */
 489                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 490         }
 491 }
 492
 493 void free_initmem(void)
 494 {
 495         free_reserved_area(__va(__pa(__init_begin)), __va(__pa(__init_end)),
 496                            0, "unused kernel");
 497         /*
 498          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 499          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 500          * is not supported by kallsyms.
 501          */
 502         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 503 }
 504
 505 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 506
 507 static int keep_initrd __initdata;
 508
 509 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 510 {
 511         if (!keep_initrd)
 512                 free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
 513 }
 514
 515 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
 516 {
 517         keep_initrd = 1;
 518         return 1;
 519 }
 520
 521 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
 522 #endif
 523
 524 /*
 525  * Dump out memory limit information on panic.
 526  */
 527 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
 528 {
 529         if (memory_limit != (phys_addr_t)ULLONG_MAX) {
 530                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 531         } else {
 532                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 533         }
 534         return 0;
 535 }
 536
 537 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
 538         .notifier_call = dump_mem_limit,
 539 };
 540
 541 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
 542 {
 543         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
 544                                        &mem_limit_notifier);
 545         return 0;
 546 }
 547 __initcall(register_mem_limit_dumper);