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 <[email protected]>
   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/page-states.h>
  14 #include <asm/pgalloc.h>
  15 #include <asm/gmap.h>
  16 #include <asm/tlb.h>
  17 #include <asm/tlbflush.h>
  18
  19 #ifdef CONFIG_PGSTE
  20
  21 int page_table_allocate_pgste = 0;
  22 EXPORT_SYMBOL(page_table_allocate_pgste);
  23
  24 static struct ctl_table page_table_sysctl[] = {
  25         {
  26                 .procname       = "allocate_pgste",
  27                 .data           = &page_table_allocate_pgste,
  28                 .maxlen         = sizeof(int),
  29                 .mode           = S_IRUGO | S_IWUSR,
  30                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
  31                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
  32                 .extra2         = SYSCTL_ONE,
  33         },
  34 };
  35
  36 static int __init page_table_register_sysctl(void)
  37 {
  38         return register_sysctl("vm", page_table_sysctl) ? 0 : -ENOMEM;
  39 }
  40 __initcall(page_table_register_sysctl);
  41
  42 #endif /* CONFIG_PGSTE */
  43
  44 unsigned long *crst_table_alloc(struct mm_struct *mm)
  45 {
  46         struct ptdesc *ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, CRST_ALLOC_ORDER);
  47         unsigned long *table;
  48
  49         if (!ptdesc)
  50                 return NULL;
  51         table = ptdesc_to_virt(ptdesc);
  52         __arch_set_page_dat(table, 1UL << CRST_ALLOC_ORDER);
  53         return table;
  54 }
  55
  56 void crst_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
  57 {
  58         if (!table)
  59                 return;
  60         pagetable_free(virt_to_ptdesc(table));
  61 }
  62
  63 static void __crst_table_upgrade(void *arg)
  64 {
  65         struct mm_struct *mm = arg;
  66
  67         /* change all active ASCEs to avoid the creation of new TLBs */
  68         if (current->active_mm == mm) {
  69                 get_lowcore()->user_asce.val = mm->context.asce;
  70                 local_ctl_load(7, &get_lowcore()->user_asce);
  71         }
  72         __tlb_flush_local();
  73 }
  74
  75 int crst_table_upgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long end)
  76 {
  77         unsigned long *pgd = NULL, *p4d = NULL, *__pgd;
  78         unsigned long asce_limit = mm->context.asce_limit;
  79
  80         /* upgrade should only happen from 3 to 4, 3 to 5, or 4 to 5 levels */
  81         VM_BUG_ON(asce_limit < _REGION2_SIZE);
  82
  83         if (end <= asce_limit)
  84                 return 0;
  85
  86         if (asce_limit == _REGION2_SIZE) {
  87                 p4d = crst_table_alloc(mm);
  88                 if (unlikely(!p4d))
  89                         goto err_p4d;
  90                 crst_table_init(p4d, _REGION2_ENTRY_EMPTY);
  91         }
  92         if (end > _REGION1_SIZE) {
  93                 pgd = crst_table_alloc(mm);
  94                 if (unlikely(!pgd))
  95                         goto err_pgd;
  96                 crst_table_init(pgd, _REGION1_ENTRY_EMPTY);
  97         }
  98
  99         spin_lock_bh(&mm->page_table_lock);
 100
 101         /*
 102          * This routine gets called with mmap_lock lock held and there is
 103          * no reason to optimize for the case of otherwise. However, if
 104          * that would ever change, the below check will let us know.
 105          */
 106         VM_BUG_ON(asce_limit != mm->context.asce_limit);
 107
 108         if (p4d) {
 109                 __pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
 110                 p4d_populate(mm, (p4d_t *) p4d, (pud_t *) __pgd);
 111                 mm->pgd = (pgd_t *) p4d;
 112                 mm->context.asce_limit = _REGION1_SIZE;
 113                 mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
 114                         _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION2;
 115                 mm_inc_nr_puds(mm);
 116         }
 117         if (pgd) {
 118                 __pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
 119                 pgd_populate(mm, (pgd_t *) pgd, (p4d_t *) __pgd);
 120                 mm->pgd = (pgd_t *) pgd;
 121                 mm->context.asce_limit = TASK_SIZE_MAX;
 122                 mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
 123                         _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION1;
 124         }
 125
 126         spin_unlock_bh(&mm->page_table_lock);
 127
 128         on_each_cpu(__crst_table_upgrade, mm, 0);
 129
 130         return 0;
 131
 132 err_pgd:
 133         crst_table_free(mm, p4d);
 134 err_p4d:
 135         return -ENOMEM;
 136 }
 137
 138 #ifdef CONFIG_PGSTE
 139
 140 struct ptdesc *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm)
 141 {
 142         struct ptdesc *ptdesc;
 143         u64 *table;
 144
 145         ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, 0);
 146         if (ptdesc) {
 147                 table = (u64 *)ptdesc_to_virt(ptdesc);
 148                 __arch_set_page_dat(table, 1);
 149                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
 150                 memset64(table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
 151         }
 152         return ptdesc;
 153 }
 154
 155 void page_table_free_pgste(struct ptdesc *ptdesc)
 156 {
 157         pagetable_free(ptdesc);
 158 }
 159
 160 #endif /* CONFIG_PGSTE */
 161
 162 unsigned long *page_table_alloc(struct mm_struct *mm)
 163 {
 164         struct ptdesc *ptdesc;
 165         unsigned long *table;
 166
 167         ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, 0);
 168         if (!ptdesc)
 169                 return NULL;
 170         if (!pagetable_pte_ctor(ptdesc)) {
 171                 pagetable_free(ptdesc);
 172                 return NULL;
 173         }
 174         table = ptdesc_to_virt(ptdesc);
 175         __arch_set_page_dat(table, 1);
 176         /* pt_list is used by gmap only */
 177         INIT_LIST_HEAD(&ptdesc->pt_list);
 178         memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
 179         memset64((u64 *)table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
 180         return table;
 181 }
 182
 183 static void pagetable_pte_dtor_free(struct ptdesc *ptdesc)
 184 {
 185         pagetable_pte_dtor(ptdesc);
 186         pagetable_free(ptdesc);
 187 }
 188
 189 void page_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
 190 {
 191         struct ptdesc *ptdesc = virt_to_ptdesc(table);
 192
 193         pagetable_pte_dtor_free(ptdesc);
 194 }
 195
 196 void __tlb_remove_table(void *table)
 197 {
 198         struct ptdesc *ptdesc = virt_to_ptdesc(table);
 199         struct page *page = ptdesc_page(ptdesc);
 200
 201         if (compound_order(page) == CRST_ALLOC_ORDER) {
 202                 /* pmd, pud, or p4d */
 203                 pagetable_free(ptdesc);
 204                 return;
 205         }
 206         pagetable_pte_dtor_free(ptdesc);
 207 }
 208
 209 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 210 static void pte_free_now(struct rcu_head *head)
 211 {
 212         struct ptdesc *ptdesc = container_of(head, struct ptdesc, pt_rcu_head);
 213
 214         pagetable_pte_dtor_free(ptdesc);
 215 }
 216
 217 void pte_free_defer(struct mm_struct *mm, pgtable_t pgtable)
 218 {
 219         struct ptdesc *ptdesc = virt_to_ptdesc(pgtable);
 220
 221         call_rcu(&ptdesc->pt_rcu_head, pte_free_now);
 222         /*
 223          * THPs are not allowed for KVM guests. Warn if pgste ever reaches here.
 224          * Turn to the generic pte_free_defer() version once gmap is removed.
 225          */
 226         WARN_ON_ONCE(mm_has_pgste(mm));
 227 }
 228 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 229
 230 /*
 231  * Base infrastructure required to generate basic asces, region, segment,
 232  * and page tables that do not make use of enhanced features like EDAT1.
 233  */
 234
 235 static struct kmem_cache *base_pgt_cache;
 236
 237 static unsigned long *base_pgt_alloc(void)
 238 {
 239         unsigned long *table;
 240
 241         table = kmem_cache_alloc(base_pgt_cache, GFP_KERNEL);
 242         if (table)
 243                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
 244         return table;
 245 }
 246
 247 static void base_pgt_free(unsigned long *table)
 248 {
 249         kmem_cache_free(base_pgt_cache, table);
 250 }
 251
 252 static unsigned long *base_crst_alloc(unsigned long val)
 253 {
 254         unsigned long *table;
 255         struct ptdesc *ptdesc;
 256
 257         ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, CRST_ALLOC_ORDER);
 258         if (!ptdesc)
 259                 return NULL;
 260         table = ptdesc_address(ptdesc);
 261         crst_table_init(table, val);
 262         return table;
 263 }
 264
 265 static void base_crst_free(unsigned long *table)
 266 {
 267         if (!table)
 268                 return;
 269         pagetable_free(virt_to_ptdesc(table));
 270 }
 271
 272 #define BASE_ADDR_END_FUNC(NAME, SIZE)                                  \
 273 static inline unsigned long base_##NAME##_addr_end(unsigned long addr,  \
 274                                                    unsigned long end)   \
 275 {                                                                       \
 276         unsigned long next = (addr + (SIZE)) & ~((SIZE) - 1);           \
 277                                                                         \
 278         return (next - 1) < (end - 1) ? next : end;                     \
 279 }
 280
 281 BASE_ADDR_END_FUNC(page,    PAGE_SIZE)
 282 BASE_ADDR_END_FUNC(segment, _SEGMENT_SIZE)
 283 BASE_ADDR_END_FUNC(region3, _REGION3_SIZE)
 284 BASE_ADDR_END_FUNC(region2, _REGION2_SIZE)
 285 BASE_ADDR_END_FUNC(region1, _REGION1_SIZE)
 286
 287 static inline unsigned long base_lra(unsigned long address)
 288 {
 289         unsigned long real;
 290
 291         asm volatile(
 292                 "       lra     %0,0(%1)\n"
 293                 : "=d" (real) : "a" (address) : "cc");
 294         return real;
 295 }
 296
 297 static int base_page_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 298                           unsigned long end, int alloc)
 299 {
 300         unsigned long *pte, next;
 301
 302         if (!alloc)
 303                 return 0;
 304         pte = origin;
 305         pte += (addr & _PAGE_INDEX) >> PAGE_SHIFT;
 306         do {
 307                 next = base_page_addr_end(addr, end);
 308                 *pte = base_lra(addr);
 309         } while (pte++, addr = next, addr < end);
 310         return 0;
 311 }
 312
 313 static int base_segment_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 314                              unsigned long end, int alloc)
 315 {
 316         unsigned long *ste, next, *table;
 317         int rc;
 318
 319         ste = origin;
 320         ste += (addr & _SEGMENT_INDEX) >> _SEGMENT_SHIFT;
 321         do {
 322                 next = base_segment_addr_end(addr, end);
 323                 if (*ste & _SEGMENT_ENTRY_INVALID) {
 324                         if (!alloc)
 325                                 continue;
 326                         table = base_pgt_alloc();
 327                         if (!table)
 328                                 return -ENOMEM;
 329                         *ste = __pa(table) | _SEGMENT_ENTRY;
 330                 }
 331                 table = __va(*ste & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN);
 332                 rc = base_page_walk(table, addr, next, alloc);
 333                 if (rc)
 334                         return rc;
 335                 if (!alloc)
 336                         base_pgt_free(table);
 337                 cond_resched();
 338         } while (ste++, addr = next, addr < end);
 339         return 0;
 340 }
 341
 342 static int base_region3_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 343                              unsigned long end, int alloc)
 344 {
 345         unsigned long *rtte, next, *table;
 346         int rc;
 347
 348         rtte = origin;
 349         rtte += (addr & _REGION3_INDEX) >> _REGION3_SHIFT;
 350         do {
 351                 next = base_region3_addr_end(addr, end);
 352                 if (*rtte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
 353                         if (!alloc)
 354                                 continue;
 355                         table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
 356                         if (!table)
 357                                 return -ENOMEM;
 358                         *rtte = __pa(table) | _REGION3_ENTRY;
 359                 }
 360                 table = __va(*rtte & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 361                 rc = base_segment_walk(table, addr, next, alloc);
 362                 if (rc)
 363                         return rc;
 364                 if (!alloc)
 365                         base_crst_free(table);
 366         } while (rtte++, addr = next, addr < end);
 367         return 0;
 368 }
 369
 370 static int base_region2_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 371                              unsigned long end, int alloc)
 372 {
 373         unsigned long *rste, next, *table;
 374         int rc;
 375
 376         rste = origin;
 377         rste += (addr & _REGION2_INDEX) >> _REGION2_SHIFT;
 378         do {
 379                 next = base_region2_addr_end(addr, end);
 380                 if (*rste & _REGION_ENTRY_INVALID) {
 381                         if (!alloc)
 382                                 continue;
 383                         table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
 384                         if (!table)
 385                                 return -ENOMEM;
 386                         *rste = __pa(table) | _REGION2_ENTRY;
 387                 }
 388                 table = __va(*rste & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 389                 rc = base_region3_walk(table, addr, next, alloc);
 390                 if (rc)
 391                         return rc;
 392                 if (!alloc)
 393                         base_crst_free(table);
 394         } while (rste++, addr = next, addr < end);
 395         return 0;
 396 }
 397
 398 static int base_region1_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 399                              unsigned long end, int alloc)
 400 {
 401         unsigned long *rfte, next, *table;
 402         int rc;
 403
 404         rfte = origin;
 405         rfte += (addr & _REGION1_INDEX) >> _REGION1_SHIFT;
 406         do {
 407                 next = base_region1_addr_end(addr, end);
 408                 if (*rfte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
 409                         if (!alloc)
 410                                 continue;
 411                         table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
 412                         if (!table)
 413                                 return -ENOMEM;
 414                         *rfte = __pa(table) | _REGION1_ENTRY;
 415                 }
 416                 table = __va(*rfte & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 417                 rc = base_region2_walk(table, addr, next, alloc);
 418                 if (rc)
 419                         return rc;
 420                 if (!alloc)
 421                         base_crst_free(table);
 422         } while (rfte++, addr = next, addr < end);
 423         return 0;
 424 }
 425
 426 /**
 427  * base_asce_free - free asce and tables returned from base_asce_alloc()
 428  * @asce: asce to be freed
 429  *
 430  * Frees all region, segment, and page tables that were allocated with a
 431  * corresponding base_asce_alloc() call.
 432  */
 433 void base_asce_free(unsigned long asce)
 434 {
 435         unsigned long *table = __va(asce & _ASCE_ORIGIN);
 436
 437         if (!asce)
 438                 return;
 439         switch (asce & _ASCE_TYPE_MASK) {
 440         case _ASCE_TYPE_SEGMENT:
 441                 base_segment_walk(table, 0, _REGION3_SIZE, 0);
 442                 break;
 443         case _ASCE_TYPE_REGION3:
 444                 base_region3_walk(table, 0, _REGION2_SIZE, 0);
 445                 break;
 446         case _ASCE_TYPE_REGION2:
 447                 base_region2_walk(table, 0, _REGION1_SIZE, 0);
 448                 break;
 449         case _ASCE_TYPE_REGION1:
 450                 base_region1_walk(table, 0, TASK_SIZE_MAX, 0);
 451                 break;
 452         }
 453         base_crst_free(table);
 454 }
 455
 456 static int base_pgt_cache_init(void)
 457 {
 458         static DEFINE_MUTEX(base_pgt_cache_mutex);
 459         unsigned long sz = _PAGE_TABLE_SIZE;
 460
 461         if (base_pgt_cache)
 462                 return 0;
 463         mutex_lock(&base_pgt_cache_mutex);
 464         if (!base_pgt_cache)
 465                 base_pgt_cache = kmem_cache_create("base_pgt", sz, sz, 0, NULL);
 466         mutex_unlock(&base_pgt_cache_mutex);
 467         return base_pgt_cache ? 0 : -ENOMEM;
 468 }
 469
 470 /**
 471  * base_asce_alloc - create kernel mapping without enhanced DAT features
 472  * @addr: virtual start address of kernel mapping
 473  * @num_pages: number of consecutive pages
 474  *
 475  * Generate an asce, including all required region, segment and page tables,
 476  * that can be used to access the virtual kernel mapping. The difference is
 477  * that the returned asce does not make use of any enhanced DAT features like
 478  * e.g. large pages. This is required for some I/O functions that pass an
 479  * asce, like e.g. some service call requests.
 480  *
 481  * Note: the returned asce may NEVER be attached to any cpu. It may only be
 482  *       used for I/O requests. tlb entries that might result because the
 483  *       asce was attached to a cpu won't be cleared.
 484  */
 485 unsigned long base_asce_alloc(unsigned long addr, unsigned long num_pages)
 486 {
 487         unsigned long asce, *table, end;
 488         int rc;
 489
 490         if (base_pgt_cache_init())
 491                 return 0;
 492         end = addr + num_pages * PAGE_SIZE;
 493         if (end <= _REGION3_SIZE) {
 494                 table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
 495                 if (!table)
 496                         return 0;
 497                 rc = base_segment_walk(table, addr, end, 1);
 498                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_SEGMENT | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 499         } else if (end <= _REGION2_SIZE) {
 500                 table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
 501                 if (!table)
 502                         return 0;
 503                 rc = base_region3_walk(table, addr, end, 1);
 504                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_REGION3 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 505         } else if (end <= _REGION1_SIZE) {
 506                 table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
 507                 if (!table)
 508                         return 0;
 509                 rc = base_region2_walk(table, addr, end, 1);
 510                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_REGION2 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 511         } else {
 512                 table = base_crst_alloc(_REGION1_ENTRY_EMPTY);
 513                 if (!table)
 514                         return 0;
 515                 rc = base_region1_walk(table, addr, end, 1);
 516                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_REGION1 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 517         }
 518         if (rc) {
 519                 base_asce_free(asce);
 520                 asce = 0;
 521         }
 522         return asce;
 523 }