GNU Linux-libre 5.4.274-gnu1
[releases.git] / arch / s390 / mm / pgalloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Page table allocation functions
4  *
5  *    Copyright IBM Corp. 2016
6  *    Author(s): Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
7  */
8
9 #include <linux/sysctl.h>
10 #include <linux/slab.h>
11 #include <linux/mm.h>
12 #include <asm/mmu_context.h>
13 #include <asm/pgalloc.h>
14 #include <asm/gmap.h>
15 #include <asm/tlb.h>
16 #include <asm/tlbflush.h>
17
18 #ifdef CONFIG_PGSTE
19
20 int page_table_allocate_pgste = 0;
21 EXPORT_SYMBOL(page_table_allocate_pgste);
22
23 static struct ctl_table page_table_sysctl[] = {
24         {
25                 .procname       = "allocate_pgste",
26                 .data           = &page_table_allocate_pgste,
27                 .maxlen         = sizeof(int),
28                 .mode           = S_IRUGO | S_IWUSR,
29                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
30                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
31                 .extra2         = SYSCTL_ONE,
32         },
33         { }
34 };
35
36 static struct ctl_table page_table_sysctl_dir[] = {
37         {
38                 .procname       = "vm",
39                 .maxlen         = 0,
40                 .mode           = 0555,
41                 .child          = page_table_sysctl,
42         },
43         { }
44 };
45
46 static int __init page_table_register_sysctl(void)
47 {
48         return register_sysctl_table(page_table_sysctl_dir) ? 0 : -ENOMEM;
49 }
50 __initcall(page_table_register_sysctl);
51
52 #endif /* CONFIG_PGSTE */
53
54 unsigned long *crst_table_alloc(struct mm_struct *mm)
55 {
56         struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, 2);
57
58         if (!page)
59                 return NULL;
60         arch_set_page_dat(page, 2);
61         return (unsigned long *) page_to_phys(page);
62 }
63
64 void crst_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
65 {
66         free_pages((unsigned long) table, 2);
67 }
68
69 static void __crst_table_upgrade(void *arg)
70 {
71         struct mm_struct *mm = arg;
72
73         /* we must change all active ASCEs to avoid the creation of new TLBs */
74         if (current->active_mm == mm) {
75                 S390_lowcore.user_asce = mm->context.asce;
76                 if (current->thread.mm_segment == USER_DS) {
77                         __ctl_load(S390_lowcore.user_asce, 1, 1);
78                         /* Mark user-ASCE present in CR1 */
79                         clear_cpu_flag(CIF_ASCE_PRIMARY);
80                 }
81                 if (current->thread.mm_segment == USER_DS_SACF) {
82                         __ctl_load(S390_lowcore.user_asce, 7, 7);
83                         /* enable_sacf_uaccess does all or nothing */
84                         WARN_ON(!test_cpu_flag(CIF_ASCE_SECONDARY));
85                 }
86         }
87         __tlb_flush_local();
88 }
89
90 int crst_table_upgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long end)
91 {
92         unsigned long *table, *pgd;
93         int rc, notify;
94
95         /* upgrade should only happen from 3 to 4, 3 to 5, or 4 to 5 levels */
96         VM_BUG_ON(mm->context.asce_limit < _REGION2_SIZE);
97         rc = 0;
98         notify = 0;
99         while (mm->context.asce_limit < end) {
100                 table = crst_table_alloc(mm);
101                 if (!table) {
102                         rc = -ENOMEM;
103                         break;
104                 }
105                 spin_lock_bh(&mm->page_table_lock);
106                 pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
107                 if (mm->context.asce_limit == _REGION2_SIZE) {
108                         crst_table_init(table, _REGION2_ENTRY_EMPTY);
109                         p4d_populate(mm, (p4d_t *) table, (pud_t *) pgd);
110                         mm->pgd = (pgd_t *) table;
111                         mm->context.asce_limit = _REGION1_SIZE;
112                         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
113                                 _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION2;
114                         mm_inc_nr_puds(mm);
115                 } else {
116                         crst_table_init(table, _REGION1_ENTRY_EMPTY);
117                         pgd_populate(mm, (pgd_t *) table, (p4d_t *) pgd);
118                         mm->pgd = (pgd_t *) table;
119                         mm->context.asce_limit = -PAGE_SIZE;
120                         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
121                                 _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION1;
122                 }
123                 notify = 1;
124                 spin_unlock_bh(&mm->page_table_lock);
125         }
126         if (notify)
127                 on_each_cpu(__crst_table_upgrade, mm, 0);
128         return rc;
129 }
130
131 void crst_table_downgrade(struct mm_struct *mm)
132 {
133         pgd_t *pgd;
134
135         /* downgrade should only happen from 3 to 2 levels (compat only) */
136         VM_BUG_ON(mm->context.asce_limit != _REGION2_SIZE);
137
138         if (current->active_mm == mm) {
139                 clear_user_asce();
140                 __tlb_flush_mm(mm);
141         }
142
143         pgd = mm->pgd;
144         mm_dec_nr_pmds(mm);
145         mm->pgd = (pgd_t *) (pgd_val(*pgd) & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
146         mm->context.asce_limit = _REGION3_SIZE;
147         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
148                            _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_SEGMENT;
149         crst_table_free(mm, (unsigned long *) pgd);
150
151         if (current->active_mm == mm)
152                 set_user_asce(mm);
153 }
154
155 static inline unsigned int atomic_xor_bits(atomic_t *v, unsigned int bits)
156 {
157         unsigned int old, new;
158
159         do {
160                 old = atomic_read(v);
161                 new = old ^ bits;
162         } while (atomic_cmpxchg(v, old, new) != old);
163         return new;
164 }
165
166 #ifdef CONFIG_PGSTE
167
168 struct page *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm)
169 {
170         struct page *page;
171         u64 *table;
172
173         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
174         if (page) {
175                 table = (u64 *)page_to_phys(page);
176                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
177                 memset64(table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
178         }
179         return page;
180 }
181
182 void page_table_free_pgste(struct page *page)
183 {
184         __free_page(page);
185 }
186
187 #endif /* CONFIG_PGSTE */
188
189 /*
190  * page table entry allocation/free routines.
191  */
192 unsigned long *page_table_alloc(struct mm_struct *mm)
193 {
194         unsigned long *table;
195         struct page *page;
196         unsigned int mask, bit;
197
198         /* Try to get a fragment of a 4K page as a 2K page table */
199         if (!mm_alloc_pgste(mm)) {
200                 table = NULL;
201                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
202                 if (!list_empty(&mm->context.pgtable_list)) {
203                         page = list_first_entry(&mm->context.pgtable_list,
204                                                 struct page, lru);
205                         mask = atomic_read(&page->_refcount) >> 24;
206                         mask = (mask | (mask >> 4)) & 3;
207                         if (mask != 3) {
208                                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
209                                 bit = mask & 1;         /* =1 -> second 2K */
210                                 if (bit)
211                                         table += PTRS_PER_PTE;
212                                 atomic_xor_bits(&page->_refcount,
213                                                         1U << (bit + 24));
214                                 list_del(&page->lru);
215                         }
216                 }
217                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
218                 if (table)
219                         return table;
220         }
221         /* Allocate a fresh page */
222         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
223         if (!page)
224                 return NULL;
225         if (!pgtable_pte_page_ctor(page)) {
226                 __free_page(page);
227                 return NULL;
228         }
229         arch_set_page_dat(page, 0);
230         /* Initialize page table */
231         table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
232         if (mm_alloc_pgste(mm)) {
233                 /* Return 4K page table with PGSTEs */
234                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 3 << 24);
235                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
236                 memset64((u64 *)table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
237         } else {
238                 /* Return the first 2K fragment of the page */
239                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 1 << 24);
240                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, 2 * PTRS_PER_PTE);
241                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
242                 list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
243                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
244         }
245         return table;
246 }
247
248 void page_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
249 {
250         struct page *page;
251         unsigned int bit, mask;
252
253         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
254         if (!mm_alloc_pgste(mm)) {
255                 /* Free 2K page table fragment of a 4K page */
256                 bit = (__pa(table) & ~PAGE_MASK)/(PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t));
257                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
258                 mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, 0x11U << (bit + 24));
259                 mask >>= 24;
260                 if (mask & 3)
261                         list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
262                 else
263                         list_del(&page->lru);
264                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
265                 mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, 0x10U << (bit + 24));
266                 mask >>= 24;
267                 if (mask != 0)
268                         return;
269         } else {
270                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 3U << 24);
271         }
272
273         pgtable_pte_page_dtor(page);
274         __free_page(page);
275 }
276
277 void page_table_free_rcu(struct mmu_gather *tlb, unsigned long *table,
278                          unsigned long vmaddr)
279 {
280         struct mm_struct *mm;
281         struct page *page;
282         unsigned int bit, mask;
283
284         mm = tlb->mm;
285         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
286         if (mm_alloc_pgste(mm)) {
287                 gmap_unlink(mm, table, vmaddr);
288                 table = (unsigned long *) (__pa(table) | 3);
289                 tlb_remove_table(tlb, table);
290                 return;
291         }
292         bit = (__pa(table) & ~PAGE_MASK) / (PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t));
293         spin_lock_bh(&mm->context.lock);
294         mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, 0x11U << (bit + 24));
295         mask >>= 24;
296         if (mask & 3)
297                 list_add_tail(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
298         else
299                 list_del(&page->lru);
300         spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
301         table = (unsigned long *) (__pa(table) | (1U << bit));
302         tlb_remove_table(tlb, table);
303 }
304
305 void __tlb_remove_table(void *_table)
306 {
307         unsigned int mask = (unsigned long) _table & 3;
308         void *table = (void *)((unsigned long) _table ^ mask);
309         struct page *page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
310
311         switch (mask) {
312         case 0:         /* pmd, pud, or p4d */
313                 free_pages((unsigned long) table, 2);
314                 break;
315         case 1:         /* lower 2K of a 4K page table */
316         case 2:         /* higher 2K of a 4K page table */
317                 mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, mask << (4 + 24));
318                 mask >>= 24;
319                 if (mask != 0)
320                         break;
321                 /* fallthrough */
322         case 3:         /* 4K page table with pgstes */
323                 if (mask & 3)
324                         atomic_xor_bits(&page->_refcount, 3 << 24);
325                 pgtable_pte_page_dtor(page);
326                 __free_page(page);
327                 break;
328         }
329 }
330
331 /*
332  * Base infrastructure required to generate basic asces, region, segment,
333  * and page tables that do not make use of enhanced features like EDAT1.
334  */
335
336 static struct kmem_cache *base_pgt_cache;
337
338 static unsigned long base_pgt_alloc(void)
339 {
340         u64 *table;
341
342         table = kmem_cache_alloc(base_pgt_cache, GFP_KERNEL);
343         if (table)
344                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
345         return (unsigned long) table;
346 }
347
348 static void base_pgt_free(unsigned long table)
349 {
350         kmem_cache_free(base_pgt_cache, (void *) table);
351 }
352
353 static unsigned long base_crst_alloc(unsigned long val)
354 {
355         unsigned long table;
356
357         table =  __get_free_pages(GFP_KERNEL, CRST_ALLOC_ORDER);
358         if (table)
359                 crst_table_init((unsigned long *)table, val);
360         return table;
361 }
362
363 static void base_crst_free(unsigned long table)
364 {
365         free_pages(table, CRST_ALLOC_ORDER);
366 }
367
368 #define BASE_ADDR_END_FUNC(NAME, SIZE)                                  \
369 static inline unsigned long base_##NAME##_addr_end(unsigned long addr,  \
370                                                    unsigned long end)   \
371 {                                                                       \
372         unsigned long next = (addr + (SIZE)) & ~((SIZE) - 1);           \
373                                                                         \
374         return (next - 1) < (end - 1) ? next : end;                     \
375 }
376
377 BASE_ADDR_END_FUNC(page,    _PAGE_SIZE)
378 BASE_ADDR_END_FUNC(segment, _SEGMENT_SIZE)
379 BASE_ADDR_END_FUNC(region3, _REGION3_SIZE)
380 BASE_ADDR_END_FUNC(region2, _REGION2_SIZE)
381 BASE_ADDR_END_FUNC(region1, _REGION1_SIZE)
382
383 static inline unsigned long base_lra(unsigned long address)
384 {
385         unsigned long real;
386
387         asm volatile(
388                 "       lra     %0,0(%1)\n"
389                 : "=d" (real) : "a" (address) : "cc");
390         return real;
391 }
392
393 static int base_page_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
394                           unsigned long end, int alloc)
395 {
396         unsigned long *pte, next;
397
398         if (!alloc)
399                 return 0;
400         pte = (unsigned long *) origin;
401         pte += (addr & _PAGE_INDEX) >> _PAGE_SHIFT;
402         do {
403                 next = base_page_addr_end(addr, end);
404                 *pte = base_lra(addr);
405         } while (pte++, addr = next, addr < end);
406         return 0;
407 }
408
409 static int base_segment_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
410                              unsigned long end, int alloc)
411 {
412         unsigned long *ste, next, table;
413         int rc;
414
415         ste = (unsigned long *) origin;
416         ste += (addr & _SEGMENT_INDEX) >> _SEGMENT_SHIFT;
417         do {
418                 next = base_segment_addr_end(addr, end);
419                 if (*ste & _SEGMENT_ENTRY_INVALID) {
420                         if (!alloc)
421                                 continue;
422                         table = base_pgt_alloc();
423                         if (!table)
424                                 return -ENOMEM;
425                         *ste = table | _SEGMENT_ENTRY;
426                 }
427                 table = *ste & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN;
428                 rc = base_page_walk(table, addr, next, alloc);
429                 if (rc)
430                         return rc;
431                 if (!alloc)
432                         base_pgt_free(table);
433                 cond_resched();
434         } while (ste++, addr = next, addr < end);
435         return 0;
436 }
437
438 static int base_region3_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
439                              unsigned long end, int alloc)
440 {
441         unsigned long *rtte, next, table;
442         int rc;
443
444         rtte = (unsigned long *) origin;
445         rtte += (addr & _REGION3_INDEX) >> _REGION3_SHIFT;
446         do {
447                 next = base_region3_addr_end(addr, end);
448                 if (*rtte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
449                         if (!alloc)
450                                 continue;
451                         table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
452                         if (!table)
453                                 return -ENOMEM;
454                         *rtte = table | _REGION3_ENTRY;
455                 }
456                 table = *rtte & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
457                 rc = base_segment_walk(table, addr, next, alloc);
458                 if (rc)
459                         return rc;
460                 if (!alloc)
461                         base_crst_free(table);
462         } while (rtte++, addr = next, addr < end);
463         return 0;
464 }
465
466 static int base_region2_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
467                              unsigned long end, int alloc)
468 {
469         unsigned long *rste, next, table;
470         int rc;
471
472         rste = (unsigned long *) origin;
473         rste += (addr & _REGION2_INDEX) >> _REGION2_SHIFT;
474         do {
475                 next = base_region2_addr_end(addr, end);
476                 if (*rste & _REGION_ENTRY_INVALID) {
477                         if (!alloc)
478                                 continue;
479                         table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
480                         if (!table)
481                                 return -ENOMEM;
482                         *rste = table | _REGION2_ENTRY;
483                 }
484                 table = *rste & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
485                 rc = base_region3_walk(table, addr, next, alloc);
486                 if (rc)
487                         return rc;
488                 if (!alloc)
489                         base_crst_free(table);
490         } while (rste++, addr = next, addr < end);
491         return 0;
492 }
493
494 static int base_region1_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
495                              unsigned long end, int alloc)
496 {
497         unsigned long *rfte, next, table;
498         int rc;
499
500         rfte = (unsigned long *) origin;
501         rfte += (addr & _REGION1_INDEX) >> _REGION1_SHIFT;
502         do {
503                 next = base_region1_addr_end(addr, end);
504                 if (*rfte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
505                         if (!alloc)
506                                 continue;
507                         table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
508                         if (!table)
509                                 return -ENOMEM;
510                         *rfte = table | _REGION1_ENTRY;
511                 }
512                 table = *rfte & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
513                 rc = base_region2_walk(table, addr, next, alloc);
514                 if (rc)
515                         return rc;
516                 if (!alloc)
517                         base_crst_free(table);
518         } while (rfte++, addr = next, addr < end);
519         return 0;
520 }
521
522 /**
523  * base_asce_free - free asce and tables returned from base_asce_alloc()
524  * @asce: asce to be freed
525  *
526  * Frees all region, segment, and page tables that were allocated with a
527  * corresponding base_asce_alloc() call.
528  */
529 void base_asce_free(unsigned long asce)
530 {
531         unsigned long table = asce & _ASCE_ORIGIN;
532
533         if (!asce)
534                 return;
535         switch (asce & _ASCE_TYPE_MASK) {
536         case _ASCE_TYPE_SEGMENT:
537                 base_segment_walk(table, 0, _REGION3_SIZE, 0);
538                 break;
539         case _ASCE_TYPE_REGION3:
540                 base_region3_walk(table, 0, _REGION2_SIZE, 0);
541                 break;
542         case _ASCE_TYPE_REGION2:
543                 base_region2_walk(table, 0, _REGION1_SIZE, 0);
544                 break;
545         case _ASCE_TYPE_REGION1:
546                 base_region1_walk(table, 0, -_PAGE_SIZE, 0);
547                 break;
548         }
549         base_crst_free(table);
550 }
551
552 static int base_pgt_cache_init(void)
553 {
554         static DEFINE_MUTEX(base_pgt_cache_mutex);
555         unsigned long sz = _PAGE_TABLE_SIZE;
556
557         if (base_pgt_cache)
558                 return 0;
559         mutex_lock(&base_pgt_cache_mutex);
560         if (!base_pgt_cache)
561                 base_pgt_cache = kmem_cache_create("base_pgt", sz, sz, 0, NULL);
562         mutex_unlock(&base_pgt_cache_mutex);
563         return base_pgt_cache ? 0 : -ENOMEM;
564 }
565
566 /**
567  * base_asce_alloc - create kernel mapping without enhanced DAT features
568  * @addr: virtual start address of kernel mapping
569  * @num_pages: number of consecutive pages
570  *
571  * Generate an asce, including all required region, segment and page tables,
572  * that can be used to access the virtual kernel mapping. The difference is
573  * that the returned asce does not make use of any enhanced DAT features like
574  * e.g. large pages. This is required for some I/O functions that pass an
575  * asce, like e.g. some service call requests.
576  *
577  * Note: the returned asce may NEVER be attached to any cpu. It may only be
578  *       used for I/O requests. tlb entries that might result because the
579  *       asce was attached to a cpu won't be cleared.
580  */
581 unsigned long base_asce_alloc(unsigned long addr, unsigned long num_pages)
582 {
583         unsigned long asce, table, end;
584         int rc;
585
586         if (base_pgt_cache_init())
587                 return 0;
588         end = addr + num_pages * PAGE_SIZE;
589         if (end <= _REGION3_SIZE) {
590                 table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
591                 if (!table)
592                         return 0;
593                 rc = base_segment_walk(table, addr, end, 1);
594                 asce = table | _ASCE_TYPE_SEGMENT | _ASCE_TABLE_LENGTH;
595         } else if (end <= _REGION2_SIZE) {
596                 table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
597                 if (!table)
598                         return 0;
599                 rc = base_region3_walk(table, addr, end, 1);
600                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION3 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
601         } else if (end <= _REGION1_SIZE) {
602                 table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
603                 if (!table)
604                         return 0;
605                 rc = base_region2_walk(table, addr, end, 1);
606                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION2 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
607         } else {
608                 table = base_crst_alloc(_REGION1_ENTRY_EMPTY);
609                 if (!table)
610                         return 0;
611                 rc = base_region1_walk(table, addr, end, 1);
612                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION1 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
613         }
614         if (rc) {
615                 base_asce_free(asce);
616                 asce = 0;
617         }
618         return asce;
619 }