186a020857cf6a6ebe3b9a513d01bfd8eba233cb
[releases.git] / vmem.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *    Copyright IBM Corp. 2006
4  */
5
6 #include <linux/memory_hotplug.h>
7 #include <linux/memblock.h>
8 #include <linux/pfn.h>
9 #include <linux/mm.h>
10 #include <linux/init.h>
11 #include <linux/list.h>
12 #include <linux/hugetlb.h>
13 #include <linux/slab.h>
14 #include <linux/sort.h>
15 #include <asm/page-states.h>
16 #include <asm/cacheflush.h>
17 #include <asm/nospec-branch.h>
18 #include <asm/ctlreg.h>
19 #include <asm/pgalloc.h>
20 #include <asm/setup.h>
21 #include <asm/tlbflush.h>
22 #include <asm/sections.h>
23 #include <asm/set_memory.h>
24
25 static DEFINE_MUTEX(vmem_mutex);
26
27 static void __ref *vmem_alloc_pages(unsigned int order)
28 {
29         unsigned long size = PAGE_SIZE << order;
30
31         if (slab_is_available())
32                 return (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, order);
33         return memblock_alloc(size, size);
34 }
35
36 static void vmem_free_pages(unsigned long addr, int order)
37 {
38         /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
39         if (!slab_is_available() ||
40             WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page((void *)addr))))
41                 return;
42         free_pages(addr, order);
43 }
44
45 void *vmem_crst_alloc(unsigned long val)
46 {
47         unsigned long *table;
48
49         table = vmem_alloc_pages(CRST_ALLOC_ORDER);
50         if (!table)
51                 return NULL;
52         crst_table_init(table, val);
53         __arch_set_page_dat(table, 1UL << CRST_ALLOC_ORDER);
54         return table;
55 }
56
57 pte_t __ref *vmem_pte_alloc(void)
58 {
59         unsigned long size = PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t);
60         pte_t *pte;
61
62         if (slab_is_available())
63                 pte = (pte_t *) page_table_alloc(&init_mm);
64         else
65                 pte = (pte_t *) memblock_alloc(size, size);
66         if (!pte)
67                 return NULL;
68         memset64((u64 *)pte, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
69         __arch_set_page_dat(pte, 1);
70         return pte;
71 }
72
73 static void vmem_pte_free(unsigned long *table)
74 {
75         /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
76         if (!slab_is_available() ||
77             WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page(table))))
78                 return;
79         page_table_free(&init_mm, table);
80 }
81
82 #define PAGE_UNUSED 0xFD
83
84 /*
85  * The unused vmemmap range, which was not yet memset(PAGE_UNUSED) ranges
86  * from unused_sub_pmd_start to next PMD_SIZE boundary.
87  */
88 static unsigned long unused_sub_pmd_start;
89
90 static void vmemmap_flush_unused_sub_pmd(void)
91 {
92         if (!unused_sub_pmd_start)
93                 return;
94         memset((void *)unused_sub_pmd_start, PAGE_UNUSED,
95                ALIGN(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE) - unused_sub_pmd_start);
96         unused_sub_pmd_start = 0;
97 }
98
99 static void vmemmap_mark_sub_pmd_used(unsigned long start, unsigned long end)
100 {
101         /*
102          * As we expect to add in the same granularity as we remove, it's
103          * sufficient to mark only some piece used to block the memmap page from
104          * getting removed (just in case the memmap never gets initialized,
105          * e.g., because the memory block never gets onlined).
106          */
107         memset((void *)start, 0, sizeof(struct page));
108 }
109
110 static void vmemmap_use_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
111 {
112         /*
113          * We only optimize if the new used range directly follows the
114          * previously unused range (esp., when populating consecutive sections).
115          */
116         if (unused_sub_pmd_start == start) {
117                 unused_sub_pmd_start = end;
118                 if (likely(IS_ALIGNED(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE)))
119                         unused_sub_pmd_start = 0;
120                 return;
121         }
122         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
123         vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);
124 }
125
126 static void vmemmap_use_new_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
127 {
128         unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);
129
130         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
131
132         /* Could be our memmap page is filled with PAGE_UNUSED already ... */
133         vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);
134
135         /* Mark the unused parts of the new memmap page PAGE_UNUSED. */
136         if (!IS_ALIGNED(start, PMD_SIZE))
137                 memset((void *)page, PAGE_UNUSED, start - page);
138         /*
139          * We want to avoid memset(PAGE_UNUSED) when populating the vmemmap of
140          * consecutive sections. Remember for the last added PMD the last
141          * unused range in the populated PMD.
142          */
143         if (!IS_ALIGNED(end, PMD_SIZE))
144                 unused_sub_pmd_start = end;
145 }
146
147 /* Returns true if the PMD is completely unused and can be freed. */
148 static bool vmemmap_unuse_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
149 {
150         unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);
151
152         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
153         memset((void *)start, PAGE_UNUSED, end - start);
154         return !memchr_inv((void *)page, PAGE_UNUSED, PMD_SIZE);
155 }
156
157 /* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
158 static int __ref modify_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
159                                   unsigned long end, bool add, bool direct)
160 {
161         unsigned long prot, pages = 0;
162         int ret = -ENOMEM;
163         pte_t *pte;
164
165         prot = pgprot_val(PAGE_KERNEL);
166         if (!MACHINE_HAS_NX)
167                 prot &= ~_PAGE_NOEXEC;
168
169         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
170         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE, pte++) {
171                 if (!add) {
172                         if (pte_none(*pte))
173                                 continue;
174                         if (!direct)
175                                 vmem_free_pages((unsigned long) pfn_to_virt(pte_pfn(*pte)), 0);
176                         pte_clear(&init_mm, addr, pte);
177                 } else if (pte_none(*pte)) {
178                         if (!direct) {
179                                 void *new_page = vmemmap_alloc_block(PAGE_SIZE, NUMA_NO_NODE);
180
181                                 if (!new_page)
182                                         goto out;
183                                 set_pte(pte, __pte(__pa(new_page) | prot));
184                         } else {
185                                 set_pte(pte, __pte(__pa(addr) | prot));
186                         }
187                 } else {
188                         continue;
189                 }
190                 pages++;
191         }
192         ret = 0;
193 out:
194         if (direct)
195                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_4K, add ? pages : -pages);
196         return ret;
197 }
198
199 static void try_free_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long start)
200 {
201         pte_t *pte;
202         int i;
203
204         /* We can safely assume this is fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
205         pte = pte_offset_kernel(pmd, start);
206         for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE; i++, pte++) {
207                 if (!pte_none(*pte))
208                         return;
209         }
210         vmem_pte_free((unsigned long *) pmd_deref(*pmd));
211         pmd_clear(pmd);
212 }
213
214 /* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
215 static int __ref modify_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long addr,
216                                   unsigned long end, bool add, bool direct)
217 {
218         unsigned long next, prot, pages = 0;
219         int ret = -ENOMEM;
220         pmd_t *pmd;
221         pte_t *pte;
222
223         prot = pgprot_val(SEGMENT_KERNEL);
224         if (!MACHINE_HAS_NX)
225                 prot &= ~_SEGMENT_ENTRY_NOEXEC;
226
227         pmd = pmd_offset(pud, addr);
228         for (; addr < end; addr = next, pmd++) {
229                 next = pmd_addr_end(addr, end);
230                 if (!add) {
231                         if (pmd_none(*pmd))
232                                 continue;
233                         if (pmd_large(*pmd)) {
234                                 if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
235                                     IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
236                                         if (!direct)
237                                                 vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE));
238                                         pmd_clear(pmd);
239                                         pages++;
240                                 } else if (!direct && vmemmap_unuse_sub_pmd(addr, next)) {
241                                         vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE));
242                                         pmd_clear(pmd);
243                                 }
244                                 continue;
245                         }
246                 } else if (pmd_none(*pmd)) {
247                         if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
248                             IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE) &&
249                             MACHINE_HAS_EDAT1 && direct &&
250                             !debug_pagealloc_enabled()) {
251                                 set_pmd(pmd, __pmd(__pa(addr) | prot));
252                                 pages++;
253                                 continue;
254                         } else if (!direct && MACHINE_HAS_EDAT1) {
255                                 void *new_page;
256
257                                 /*
258                                  * Use 1MB frames for vmemmap if available. We
259                                  * always use large frames even if they are only
260                                  * partially used. Otherwise we would have also
261                                  * page tables since vmemmap_populate gets
262                                  * called for each section separately.
263                                  */
264                                 new_page = vmemmap_alloc_block(PMD_SIZE, NUMA_NO_NODE);
265                                 if (new_page) {
266                                         set_pmd(pmd, __pmd(__pa(new_page) | prot));
267                                         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) ||
268                                             !IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
269                                                 vmemmap_use_new_sub_pmd(addr, next);
270                                         }
271                                         continue;
272                                 }
273                         }
274                         pte = vmem_pte_alloc();
275                         if (!pte)
276                                 goto out;
277                         pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
278                 } else if (pmd_large(*pmd)) {
279                         if (!direct)
280                                 vmemmap_use_sub_pmd(addr, next);
281                         continue;
282                 }
283                 ret = modify_pte_table(pmd, addr, next, add, direct);
284                 if (ret)
285                         goto out;
286                 if (!add)
287                         try_free_pte_table(pmd, addr & PMD_MASK);
288         }
289         ret = 0;
290 out:
291         if (direct)
292                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_1M, add ? pages : -pages);
293         return ret;
294 }
295
296 static void try_free_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long start)
297 {
298         pmd_t *pmd;
299         int i;
300
301         pmd = pmd_offset(pud, start);
302         for (i = 0; i < PTRS_PER_PMD; i++, pmd++)
303                 if (!pmd_none(*pmd))
304                         return;
305         vmem_free_pages(pud_deref(*pud), CRST_ALLOC_ORDER);
306         pud_clear(pud);
307 }
308
309 static int modify_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
310                             bool add, bool direct)
311 {
312         unsigned long next, prot, pages = 0;
313         int ret = -ENOMEM;
314         pud_t *pud;
315         pmd_t *pmd;
316
317         prot = pgprot_val(REGION3_KERNEL);
318         if (!MACHINE_HAS_NX)
319                 prot &= ~_REGION_ENTRY_NOEXEC;
320         pud = pud_offset(p4d, addr);
321         for (; addr < end; addr = next, pud++) {
322                 next = pud_addr_end(addr, end);
323                 if (!add) {
324                         if (pud_none(*pud))
325                                 continue;
326                         if (pud_large(*pud)) {
327                                 if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
328                                     IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE)) {
329                                         pud_clear(pud);
330                                         pages++;
331                                 }
332                                 continue;
333                         }
334                 } else if (pud_none(*pud)) {
335                         if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
336                             IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE) &&
337                             MACHINE_HAS_EDAT2 && direct &&
338                             !debug_pagealloc_enabled()) {
339                                 set_pud(pud, __pud(__pa(addr) | prot));
340                                 pages++;
341                                 continue;
342                         }
343                         pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
344                         if (!pmd)
345                                 goto out;
346                         pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
347                 } else if (pud_large(*pud)) {
348                         continue;
349                 }
350                 ret = modify_pmd_table(pud, addr, next, add, direct);
351                 if (ret)
352                         goto out;
353                 if (!add)
354                         try_free_pmd_table(pud, addr & PUD_MASK);
355         }
356         ret = 0;
357 out:
358         if (direct)
359                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_2G, add ? pages : -pages);
360         return ret;
361 }
362
363 static void try_free_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long start)
364 {
365         pud_t *pud;
366         int i;
367
368         pud = pud_offset(p4d, start);
369         for (i = 0; i < PTRS_PER_PUD; i++, pud++) {
370                 if (!pud_none(*pud))
371                         return;
372         }
373         vmem_free_pages(p4d_deref(*p4d), CRST_ALLOC_ORDER);
374         p4d_clear(p4d);
375 }
376
377 static int modify_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
378                             bool add, bool direct)
379 {
380         unsigned long next;
381         int ret = -ENOMEM;
382         p4d_t *p4d;
383         pud_t *pud;
384
385         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
386         for (; addr < end; addr = next, p4d++) {
387                 next = p4d_addr_end(addr, end);
388                 if (!add) {
389                         if (p4d_none(*p4d))
390                                 continue;
391                 } else if (p4d_none(*p4d)) {
392                         pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
393                         if (!pud)
394                                 goto out;
395                         p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
396                 }
397                 ret = modify_pud_table(p4d, addr, next, add, direct);
398                 if (ret)
399                         goto out;
400                 if (!add)
401                         try_free_pud_table(p4d, addr & P4D_MASK);
402         }
403         ret = 0;
404 out:
405         return ret;
406 }
407
408 static void try_free_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long start)
409 {
410         p4d_t *p4d;
411         int i;
412
413         p4d = p4d_offset(pgd, start);
414         for (i = 0; i < PTRS_PER_P4D; i++, p4d++) {
415                 if (!p4d_none(*p4d))
416                         return;
417         }
418         vmem_free_pages(pgd_deref(*pgd), CRST_ALLOC_ORDER);
419         pgd_clear(pgd);
420 }
421
422 static int modify_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool add,
423                             bool direct)
424 {
425         unsigned long addr, next;
426         int ret = -ENOMEM;
427         pgd_t *pgd;
428         p4d_t *p4d;
429
430         if (WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(start | end)))
431                 return -EINVAL;
432         /* Don't mess with any tables not fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
433         if (WARN_ON_ONCE(end > VMALLOC_START))
434                 return -EINVAL;
435         for (addr = start; addr < end; addr = next) {
436                 next = pgd_addr_end(addr, end);
437                 pgd = pgd_offset_k(addr);
438
439                 if (!add) {
440                         if (pgd_none(*pgd))
441                                 continue;
442                 } else if (pgd_none(*pgd)) {
443                         p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
444                         if (!p4d)
445                                 goto out;
446                         pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
447                 }
448                 ret = modify_p4d_table(pgd, addr, next, add, direct);
449                 if (ret)
450                         goto out;
451                 if (!add)
452                         try_free_p4d_table(pgd, addr & PGDIR_MASK);
453         }
454         ret = 0;
455 out:
456         if (!add)
457                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
458         return ret;
459 }
460
461 static int add_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct)
462 {
463         return modify_pagetable(start, end, true, direct);
464 }
465
466 static int remove_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct)
467 {
468         return modify_pagetable(start, end, false, direct);
469 }
470
471 /*
472  * Add a physical memory range to the 1:1 mapping.
473  */
474 static int vmem_add_range(unsigned long start, unsigned long size)
475 {
476         start = (unsigned long)__va(start);
477         return add_pagetable(start, start + size, true);
478 }
479
480 /*
481  * Remove a physical memory range from the 1:1 mapping.
482  */
483 static void vmem_remove_range(unsigned long start, unsigned long size)
484 {
485         start = (unsigned long)__va(start);
486         remove_pagetable(start, start + size, true);
487 }
488
489 /*
490  * Add a backed mem_map array to the virtual mem_map array.
491  */
492 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
493                                struct vmem_altmap *altmap)
494 {
495         int ret;
496
497         mutex_lock(&vmem_mutex);
498         /* We don't care about the node, just use NUMA_NO_NODE on allocations */
499         ret = add_pagetable(start, end, false);
500         if (ret)
501                 remove_pagetable(start, end, false);
502         mutex_unlock(&vmem_mutex);
503         return ret;
504 }
505
506 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
507
508 void vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end,
509                   struct vmem_altmap *altmap)
510 {
511         mutex_lock(&vmem_mutex);
512         remove_pagetable(start, end, false);
513         mutex_unlock(&vmem_mutex);
514 }
515
516 #endif
517
518 void vmem_remove_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
519 {
520         mutex_lock(&vmem_mutex);
521         vmem_remove_range(start, size);
522         mutex_unlock(&vmem_mutex);
523 }
524
525 struct range arch_get_mappable_range(void)
526 {
527         struct range mhp_range;
528
529         mhp_range.start = 0;
530         mhp_range.end = max_mappable - 1;
531         return mhp_range;
532 }
533
534 int vmem_add_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
535 {
536         struct range range = arch_get_mappable_range();
537         int ret;
538
539         if (start < range.start ||
540             start + size > range.end + 1 ||
541             start + size < start)
542                 return -ERANGE;
543
544         mutex_lock(&vmem_mutex);
545         ret = vmem_add_range(start, size);
546         if (ret)
547                 vmem_remove_range(start, size);
548         mutex_unlock(&vmem_mutex);
549         return ret;
550 }
551
552 /*
553  * Allocate new or return existing page-table entry, but do not map it
554  * to any physical address. If missing, allocate segment- and region-
555  * table entries along. Meeting a large segment- or region-table entry
556  * while traversing is an error, since the function is expected to be
557  * called against virtual regions reserved for 4KB mappings only.
558  */
559 pte_t *vmem_get_alloc_pte(unsigned long addr, bool alloc)
560 {
561         pte_t *ptep = NULL;
562         pgd_t *pgd;
563         p4d_t *p4d;
564         pud_t *pud;
565         pmd_t *pmd;
566         pte_t *pte;
567
568         pgd = pgd_offset_k(addr);
569         if (pgd_none(*pgd)) {
570                 if (!alloc)
571                         goto out;
572                 p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
573                 if (!p4d)
574                         goto out;
575                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
576         }
577         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
578         if (p4d_none(*p4d)) {
579                 if (!alloc)
580                         goto out;
581                 pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
582                 if (!pud)
583                         goto out;
584                 p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
585         }
586         pud = pud_offset(p4d, addr);
587         if (pud_none(*pud)) {
588                 if (!alloc)
589                         goto out;
590                 pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
591                 if (!pmd)
592                         goto out;
593                 pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
594         } else if (WARN_ON_ONCE(pud_large(*pud))) {
595                 goto out;
596         }
597         pmd = pmd_offset(pud, addr);
598         if (pmd_none(*pmd)) {
599                 if (!alloc)
600                         goto out;
601                 pte = vmem_pte_alloc();
602                 if (!pte)
603                         goto out;
604                 pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
605         } else if (WARN_ON_ONCE(pmd_large(*pmd))) {
606                 goto out;
607         }
608         ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
609 out:
610         return ptep;
611 }
612
613 int __vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot, bool alloc)
614 {
615         pte_t *ptep, pte;
616
617         if (!IS_ALIGNED(addr, PAGE_SIZE))
618                 return -EINVAL;
619         ptep = vmem_get_alloc_pte(addr, alloc);
620         if (!ptep)
621                 return -ENOMEM;
622         __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
623         pte = mk_pte_phys(phys, prot);
624         set_pte(ptep, pte);
625         return 0;
626 }
627
628 int vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot)
629 {
630         int rc;
631
632         mutex_lock(&vmem_mutex);
633         rc = __vmem_map_4k_page(addr, phys, prot, true);
634         mutex_unlock(&vmem_mutex);
635         return rc;
636 }
637
638 void vmem_unmap_4k_page(unsigned long addr)
639 {
640         pte_t *ptep;
641
642         mutex_lock(&vmem_mutex);
643         ptep = virt_to_kpte(addr);
644         __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
645         pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
646         mutex_unlock(&vmem_mutex);
647 }
648
649 void __init vmem_map_init(void)
650 {
651         __set_memory_rox(_stext, _etext);
652         __set_memory_ro(_etext, __end_rodata);
653         __set_memory_rox(_sinittext, _einittext);
654         __set_memory_rox(__stext_amode31, __etext_amode31);
655         /*
656          * If the BEAR-enhancement facility is not installed the first
657          * prefix page is used to return to the previous context with
658          * an LPSWE instruction and therefore must be executable.
659          */
660         if (!static_key_enabled(&cpu_has_bear))
661                 set_memory_x(0, 1);
662         if (debug_pagealloc_enabled()) {
663                 /*
664                  * Use RELOC_HIDE() as long as __va(0) translates to NULL,
665                  * since performing pointer arithmetic on a NULL pointer
666                  * has undefined behavior and generates compiler warnings.
667                  */
668                 __set_memory_4k(__va(0), RELOC_HIDE(__va(0), ident_map_size));
669         }
670         if (MACHINE_HAS_NX)
671                 system_ctl_set_bit(0, CR0_INSTRUCTION_EXEC_PROTECTION_BIT);
672         pr_info("Write protected kernel read-only data: %luk\n",
673                 (unsigned long)(__end_rodata - _stext) >> 10);
674 }