arch/powerpc/mm/init_64.c

   1 /*
   2  *  PowerPC version
   3  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   4  *
   5  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
   6  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
   7  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
   8  *
   9  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  10  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  11  *
  12  *  Dave Engebretsen <engebret@us.ibm.com>
  13  *      Rework for PPC64 port.
  14  *
  15  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  18  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  */
  21
  22 #undef DEBUG
  23
  24 #include <linux/signal.h>
  25 #include <linux/sched.h>
  26 #include <linux/kernel.h>
  27 #include <linux/errno.h>
  28 #include <linux/string.h>
  29 #include <linux/types.h>
  30 #include <linux/mman.h>
  31 #include <linux/mm.h>
  32 #include <linux/swap.h>
  33 #include <linux/stddef.h>
  34 #include <linux/vmalloc.h>
  35 #include <linux/init.h>
  36 #include <linux/delay.h>
  37 #include <linux/highmem.h>
  38 #include <linux/idr.h>
  39 #include <linux/nodemask.h>
  40 #include <linux/module.h>
  41 #include <linux/poison.h>
  42 #include <linux/memblock.h>
  43 #include <linux/hugetlb.h>
  44 #include <linux/slab.h>
  45 #include <linux/of_fdt.h>
  46 #include <linux/libfdt.h>
  47
  48 #include <asm/pgalloc.h>
  49 #include <asm/page.h>
  50 #include <asm/prom.h>
  51 #include <asm/rtas.h>
  52 #include <asm/io.h>
  53 #include <asm/mmu_context.h>
  54 #include <asm/pgtable.h>
  55 #include <asm/mmu.h>
  56 #include <asm/uaccess.h>
  57 #include <asm/smp.h>
  58 #include <asm/machdep.h>
  59 #include <asm/tlb.h>
  60 #include <asm/eeh.h>
  61 #include <asm/processor.h>
  62 #include <asm/mmzone.h>
  63 #include <asm/cputable.h>
  64 #include <asm/sections.h>
  65 #include <asm/iommu.h>
  66 #include <asm/vdso.h>
  67
  68 #include "mmu_decl.h"
  69
  70 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU_64
  71 #if H_PGTABLE_RANGE > USER_VSID_RANGE
  72 #warning Limited user VSID range means pagetable space is wasted
  73 #endif
  74
  75 #if (TASK_SIZE_USER64 < H_PGTABLE_RANGE) && (TASK_SIZE_USER64 < USER_VSID_RANGE)
  76 #warning TASK_SIZE is smaller than it needs to be.
  77 #endif
  78 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU_64 */
  79
  80 phys_addr_t memstart_addr = ~0;
  81 EXPORT_SYMBOL_GPL(memstart_addr);
  82 phys_addr_t kernstart_addr;
  83 EXPORT_SYMBOL_GPL(kernstart_addr);
  84
  85 static void pgd_ctor(void *addr)
  86 {
  87         memset(addr, 0, PGD_TABLE_SIZE);
  88 }
  89
  90 static void pud_ctor(void *addr)
  91 {
  92         memset(addr, 0, PUD_TABLE_SIZE);
  93 }
  94
  95 static void pmd_ctor(void *addr)
  96 {
  97         memset(addr, 0, PMD_TABLE_SIZE);
  98 }
  99
 100 struct kmem_cache *pgtable_cache[MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE];
 101
 102 /*
 103  * Create a kmem_cache() for pagetables.  This is not used for PTE
 104  * pages - they're linked to struct page, come from the normal free
 105  * pages pool and have a different entry size (see real_pte_t) to
 106  * everything else.  Caches created by this function are used for all
 107  * the higher level pagetables, and for hugepage pagetables.
 108  */
 109 void pgtable_cache_add(unsigned shift, void (*ctor)(void *))
 110 {
 111         char *name;
 112         unsigned long table_size = sizeof(void *) << shift;
 113         unsigned long align = table_size;
 114
 115         /* When batching pgtable pointers for RCU freeing, we store
 116          * the index size in the low bits.  Table alignment must be
 117          * big enough to fit it.
 118          *
 119          * Likewise, hugeapge pagetable pointers contain a (different)
 120          * shift value in the low bits.  All tables must be aligned so
 121          * as to leave enough 0 bits in the address to contain it. */
 122         unsigned long minalign = max(MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE + 1,
 123                                      HUGEPD_SHIFT_MASK + 1);
 124         struct kmem_cache *new;
 125
 126         /* It would be nice if this was a BUILD_BUG_ON(), but at the
 127          * moment, gcc doesn't seem to recognize is_power_of_2 as a
 128          * constant expression, so so much for that. */
 129         BUG_ON(!is_power_of_2(minalign));
 130         BUG_ON((shift < 1) || (shift > MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE));
 131
 132         if (PGT_CACHE(shift))
 133                 return; /* Already have a cache of this size */
 134
 135         align = max_t(unsigned long, align, minalign);
 136         name = kasprintf(GFP_KERNEL, "pgtable-2^%d", shift);
 137         new = kmem_cache_create(name, table_size, align, 0, ctor);
 138         kfree(name);
 139         pgtable_cache[shift - 1] = new;
 140         pr_debug("Allocated pgtable cache for order %d\n", shift);
 141 }
 142
 143
 144 void pgtable_cache_init(void)
 145 {
 146         pgtable_cache_add(PGD_INDEX_SIZE, pgd_ctor);
 147         pgtable_cache_add(PMD_CACHE_INDEX, pmd_ctor);
 148         /*
 149          * In all current configs, when the PUD index exists it's the
 150          * same size as either the pgd or pmd index except with THP enabled
 151          * on book3s 64
 152          */
 153         if (PUD_INDEX_SIZE && !PGT_CACHE(PUD_INDEX_SIZE))
 154                 pgtable_cache_add(PUD_INDEX_SIZE, pud_ctor);
 155
 156         if (!PGT_CACHE(PGD_INDEX_SIZE) || !PGT_CACHE(PMD_CACHE_INDEX))
 157                 panic("Couldn't allocate pgtable caches");
 158         if (PUD_INDEX_SIZE && !PGT_CACHE(PUD_INDEX_SIZE))
 159                 panic("Couldn't allocate pud pgtable caches");
 160 }
 161
 162 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 163 /*
 164  * Given an address within the vmemmap, determine the pfn of the page that
 165  * represents the start of the section it is within.  Note that we have to
 166  * do this by hand as the proffered address may not be correctly aligned.
 167  * Subtraction of non-aligned pointers produces undefined results.
 168  */
 169 static unsigned long __meminit vmemmap_section_start(unsigned long page)
 170 {
 171         unsigned long offset = page - ((unsigned long)(vmemmap));
 172
 173         /* Return the pfn of the start of the section. */
 174         return (offset / sizeof(struct page)) & PAGE_SECTION_MASK;
 175 }
 176
 177 /*
 178  * Check if this vmemmap page is already initialised.  If any section
 179  * which overlaps this vmemmap page is initialised then this page is
 180  * initialised already.
 181  */
 182 static int __meminit vmemmap_populated(unsigned long start, int page_size)
 183 {
 184         unsigned long end = start + page_size;
 185         start = (unsigned long)(pfn_to_page(vmemmap_section_start(start)));
 186
 187         for (; start < end; start += (PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page)))
 188                 if (pfn_valid(page_to_pfn((struct page *)start)))
 189                         return 1;
 190
 191         return 0;
 192 }
 193
 194 struct vmemmap_backing *vmemmap_list;
 195 static struct vmemmap_backing *next;
 196 static int num_left;
 197 static int num_freed;
 198
 199 static __meminit struct vmemmap_backing * vmemmap_list_alloc(int node)
 200 {
 201         struct vmemmap_backing *vmem_back;
 202         /* get from freed entries first */
 203         if (num_freed) {
 204                 num_freed--;
 205                 vmem_back = next;
 206                 next = next->list;
 207
 208                 return vmem_back;
 209         }
 210
 211         /* allocate a page when required and hand out chunks */
 212         if (!num_left) {
 213                 next = vmemmap_alloc_block(PAGE_SIZE, node);
 214                 if (unlikely(!next)) {
 215                         WARN_ON(1);
 216                         return NULL;
 217                 }
 218                 num_left = PAGE_SIZE / sizeof(struct vmemmap_backing);
 219         }
 220
 221         num_left--;
 222
 223         return next++;
 224 }
 225
 226 static __meminit void vmemmap_list_populate(unsigned long phys,
 227                                             unsigned long start,
 228                                             int node)
 229 {
 230         struct vmemmap_backing *vmem_back;
 231
 232         vmem_back = vmemmap_list_alloc(node);
 233         if (unlikely(!vmem_back)) {
 234                 WARN_ON(1);
 235                 return;
 236         }
 237
 238         vmem_back->phys = phys;
 239         vmem_back->virt_addr = start;
 240         vmem_back->list = vmemmap_list;
 241
 242         vmemmap_list = vmem_back;
 243 }
 244
 245 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node)
 246 {
 247         unsigned long page_size = 1 << mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].shift;
 248
 249         /* Align to the page size of the linear mapping. */
 250         start = _ALIGN_DOWN(start, page_size);
 251
 252         pr_debug("vmemmap_populate %lx..%lx, node %d\n", start, end, node);
 253
 254         for (; start < end; start += page_size) {
 255                 void *p;
 256                 int rc;
 257
 258                 if (vmemmap_populated(start, page_size))
 259                         continue;
 260
 261                 p = vmemmap_alloc_block(page_size, node);
 262                 if (!p)
 263                         return -ENOMEM;
 264
 265                 vmemmap_list_populate(__pa(p), start, node);
 266
 267                 pr_debug("      * %016lx..%016lx allocated at %p\n",
 268                          start, start + page_size, p);
 269
 270                 rc = vmemmap_create_mapping(start, page_size, __pa(p));
 271                 if (rc < 0) {
 272                         pr_warning(
 273                                 "vmemmap_populate: Unable to create vmemmap mapping: %d\n",
 274                                 rc);
 275                         return -EFAULT;
 276                 }
 277         }
 278
 279         return 0;
 280 }
 281
 282 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 283 static unsigned long vmemmap_list_free(unsigned long start)
 284 {
 285         struct vmemmap_backing *vmem_back, *vmem_back_prev;
 286
 287         vmem_back_prev = vmem_back = vmemmap_list;
 288
 289         /* look for it with prev pointer recorded */
 290         for (; vmem_back; vmem_back = vmem_back->list) {
 291                 if (vmem_back->virt_addr == start)
 292                         break;
 293                 vmem_back_prev = vmem_back;
 294         }
 295
 296         if (unlikely(!vmem_back)) {
 297                 WARN_ON(1);
 298                 return 0;
 299         }
 300
 301         /* remove it from vmemmap_list */
 302         if (vmem_back == vmemmap_list) /* remove head */
 303                 vmemmap_list = vmem_back->list;
 304         else
 305                 vmem_back_prev->list = vmem_back->list;
 306
 307         /* next point to this freed entry */
 308         vmem_back->list = next;
 309         next = vmem_back;
 310         num_freed++;
 311
 312         return vmem_back->phys;
 313 }
 314
 315 void __ref vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end)
 316 {
 317         unsigned long page_size = 1 << mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].shift;
 318
 319         start = _ALIGN_DOWN(start, page_size);
 320
 321         pr_debug("vmemmap_free %lx...%lx\n", start, end);
 322
 323         for (; start < end; start += page_size) {
 324                 unsigned long addr;
 325
 326                 /*
 327                  * the section has already be marked as invalid, so
 328                  * vmemmap_populated() true means some other sections still
 329                  * in this page, so skip it.
 330                  */
 331                 if (vmemmap_populated(start, page_size))
 332                         continue;
 333
 334                 addr = vmemmap_list_free(start);
 335                 if (addr) {
 336                         struct page *page = pfn_to_page(addr >> PAGE_SHIFT);
 337
 338                         if (PageReserved(page)) {
 339                                 /* allocated from bootmem */
 340                                 if (page_size < PAGE_SIZE) {
 341                                         /*
 342                                          * this shouldn't happen, but if it is
 343                                          * the case, leave the memory there
 344                                          */
 345                                         WARN_ON_ONCE(1);
 346                                 } else {
 347                                         unsigned int nr_pages =
 348                                                 1 << get_order(page_size);
 349                                         while (nr_pages--)
 350                                                 free_reserved_page(page++);
 351                                 }
 352                         } else
 353                                 free_pages((unsigned long)(__va(addr)),
 354                                                         get_order(page_size));
 355
 356                         vmemmap_remove_mapping(start, page_size);
 357                 }
 358         }
 359 }
 360 #endif
 361 void register_page_bootmem_memmap(unsigned long section_nr,
 362                                   struct page *start_page, unsigned long size)
 363 {
 364 }
 365
 366 /*
 367  * We do not have access to the sparsemem vmemmap, so we fallback to
 368  * walking the list of sparsemem blocks which we already maintain for
 369  * the sake of crashdump. In the long run, we might want to maintain
 370  * a tree if performance of that linear walk becomes a problem.
 371  *
 372  * realmode_pfn_to_page functions can fail due to:
 373  * 1) As real sparsemem blocks do not lay in RAM continously (they
 374  * are in virtual address space which is not available in the real mode),
 375  * the requested page struct can be split between blocks so get_page/put_page
 376  * may fail.
 377  * 2) When huge pages are used, the get_page/put_page API will fail
 378  * in real mode as the linked addresses in the page struct are virtual
 379  * too.
 380  */
 381 struct page *realmode_pfn_to_page(unsigned long pfn)
 382 {
 383         struct vmemmap_backing *vmem_back;
 384         struct page *page;
 385         unsigned long page_size = 1 << mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].shift;
 386         unsigned long pg_va = (unsigned long) pfn_to_page(pfn);
 387
 388         for (vmem_back = vmemmap_list; vmem_back; vmem_back = vmem_back->list) {
 389                 if (pg_va < vmem_back->virt_addr)
 390                         continue;
 391
 392                 /* After vmemmap_list entry free is possible, need check all */
 393                 if ((pg_va + sizeof(struct page)) <=
 394                                 (vmem_back->virt_addr + page_size)) {
 395                         page = (struct page *) (vmem_back->phys + pg_va -
 396                                 vmem_back->virt_addr);
 397                         return page;
 398                 }
 399         }
 400
 401         /* Probably that page struct is split between real pages */
 402         return NULL;
 403 }
 404 EXPORT_SYMBOL_GPL(realmode_pfn_to_page);
 405
 406 #elif defined(CONFIG_FLATMEM)
 407
 408 struct page *realmode_pfn_to_page(unsigned long pfn)
 409 {
 410         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 411         return page;
 412 }
 413 EXPORT_SYMBOL_GPL(realmode_pfn_to_page);
 414
 415 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP/CONFIG_FLATMEM */
 416
 417 #ifdef CONFIG_PPC_STD_MMU_64
 418 static bool disable_radix;
 419 static int __init parse_disable_radix(char *p)
 420 {
 421         disable_radix = true;
 422         return 0;
 423 }
 424 early_param("disable_radix", parse_disable_radix);
 425
 426 /*
 427  * If we're running under a hypervisor, we currently can't do radix
 428  * since we don't have the code to do the H_REGISTER_PROC_TBL hcall.
 429  * We tell that we're running under a hypervisor by looking for the
 430  * /chosen/ibm,architecture-vec-5 property.
 431  */
 432 static void early_check_vec5(void)
 433 {
 434         unsigned long root, chosen;
 435         int size;
 436         const u8 *vec5;
 437
 438         root = of_get_flat_dt_root();
 439         chosen = of_get_flat_dt_subnode_by_name(root, "chosen");
 440         if (chosen == -FDT_ERR_NOTFOUND)
 441                 return;
 442         vec5 = of_get_flat_dt_prop(chosen, "ibm,architecture-vec-5", &size);
 443         if (!vec5)
 444                 return;
 445         cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 446 }
 447
 448 void __init mmu_early_init_devtree(void)
 449 {
 450         /* Disable radix mode based on kernel command line. */
 451         /* We don't yet have the machinery to do radix as a guest. */
 452         if (disable_radix || !(mfmsr() & MSR_HV))
 453                 cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 454
 455         /*
 456          * Check /chosen/ibm,architecture-vec-5 if running as a guest.
 457          * When running bare-metal, we can use radix if we like
 458          * even though the ibm,architecture-vec-5 property created by
 459          * skiboot doesn't have the necessary bits set.
 460          */
 461         if (early_radix_enabled() && !(mfmsr() & MSR_HV))
 462                 early_check_vec5();
 463
 464         if (early_radix_enabled())
 465                 radix__early_init_devtree();
 466         else
 467                 hash__early_init_devtree();
 468 }
 469 #endif /* CONFIG_PPC_STD_MMU_64 */