]> Git Repo - linux.git/blob - arch/x86/mm/init.c
drm/vram-helper: stop using TTM placement flags
[linux.git] / arch / x86 / mm / init.c
1 #include <linux/gfp.h>
2 #include <linux/initrd.h>
3 #include <linux/ioport.h>
4 #include <linux/swap.h>
5 #include <linux/memblock.h>
6 #include <linux/swapfile.h>
7 #include <linux/swapops.h>
8 #include <linux/kmemleak.h>
9 #include <linux/sched/task.h>
10
11 #include <asm/set_memory.h>
12 #include <asm/e820/api.h>
13 #include <asm/init.h>
14 #include <asm/page.h>
15 #include <asm/page_types.h>
16 #include <asm/sections.h>
17 #include <asm/setup.h>
18 #include <asm/tlbflush.h>
19 #include <asm/tlb.h>
20 #include <asm/proto.h>
21 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
22 #include <asm/microcode.h>
23 #include <asm/kaslr.h>
24 #include <asm/hypervisor.h>
25 #include <asm/cpufeature.h>
26 #include <asm/pti.h>
27 #include <asm/text-patching.h>
28 #include <asm/memtype.h>
29
30 /*
31  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
32  * is only compied when SMP=y.
33  */
34 #define CREATE_TRACE_POINTS
35 #include <trace/events/tlb.h>
36
37 #include "mm_internal.h"
38
39 /*
40  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
41  *
42  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
43  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
44  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
45  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
46  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
47  *
48  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
49  *
50  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
51  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
52  */
53 static uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
54         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
55         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
57         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
58         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
59         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
60 };
61
62 unsigned long cachemode2protval(enum page_cache_mode pcm)
63 {
64         if (likely(pcm == 0))
65                 return 0;
66         return __cachemode2pte_tbl[pcm];
67 }
68 EXPORT_SYMBOL(cachemode2protval);
69
70 static uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
71         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
72         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
73         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
74         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
75         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
76         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
77         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
78         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
79 };
80
81 /* Check that the write-protect PAT entry is set for write-protect */
82 bool x86_has_pat_wp(void)
83 {
84         return __pte2cachemode_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_WP] == _PAGE_CACHE_MODE_WP;
85 }
86
87 enum page_cache_mode pgprot2cachemode(pgprot_t pgprot)
88 {
89         unsigned long masked;
90
91         masked = pgprot_val(pgprot) & _PAGE_CACHE_MASK;
92         if (likely(masked == 0))
93                 return 0;
94         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(masked)];
95 }
96
97 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
98 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
99 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
100
101 static unsigned long min_pfn_mapped;
102
103 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
104
105 /*
106  * Pages returned are already directly mapped.
107  *
108  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
109  *
110  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
111  *
112  * for detailed information.
113  */
114 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
115 {
116         unsigned long pfn;
117         int i;
118
119         if (after_bootmem) {
120                 unsigned int order;
121
122                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
123                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
124         }
125
126         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
127                 unsigned long ret = 0;
128
129                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
130                         ret = memblock_find_in_range(
131                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
132                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
133                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
134                 }
135                 if (ret)
136                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
137                 else if (can_use_brk_pgt)
138                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
139
140                 if (!ret)
141                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
142
143                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
144         } else {
145                 pfn = pgt_buf_end;
146                 pgt_buf_end += num;
147         }
148
149         for (i = 0; i < num; i++) {
150                 void *adr;
151
152                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
153                 clear_page(adr);
154         }
155
156         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
157 }
158
159 /*
160  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
161  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
162  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
163  * randomization is enabled.
164  */
165 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
166 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
167 #else
168 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
169 #endif
170 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
171 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
172 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
173 {
174         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
175         phys_addr_t base;
176
177         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
178
179         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
180         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
181         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
182 }
183
184 int after_bootmem;
185
186 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
187
188 struct map_range {
189         unsigned long start;
190         unsigned long end;
191         unsigned page_size_mask;
192 };
193
194 static int page_size_mask;
195
196 /*
197  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
198  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
199  * up after us can get the correct flags. Invoked on the boot CPU.
200  */
201 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
202 {
203         mmu_cr4_features |= mask;
204         if (trampoline_cr4_features)
205                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
206         cr4_set_bits(mask);
207 }
208
209 static void __init probe_page_size_mask(void)
210 {
211         /*
212          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
213          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
214          * large pages into small in interrupt context, etc.
215          */
216         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
217                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
218         else
219                 direct_gbpages = 0;
220
221         /* Enable PSE if available */
222         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
223                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
224
225         /* Enable PGE if available */
226         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
227         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
228                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
229                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
230         }
231
232         /* By the default is everything supported: */
233         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
234         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
235         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
236                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
237
238         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
239         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
240                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
241                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
242         } else {
243                 direct_gbpages = 0;
244         }
245 }
246
247 static void setup_pcid(void)
248 {
249         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
250                 return;
251
252         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
253                 return;
254
255         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
256                 /*
257                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
258                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
259                  * do any good anyway.  Despite the name,
260                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
261                  * the bits in question to remain set all the way through
262                  * the secondary boot asm.
263                  *
264                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
265                  * start_secondary().
266                  */
267                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
268
269                 /*
270                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
271                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
272                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
273                  * no INVPCID support at all.
274                  */
275                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
276                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
277         } else {
278                 /*
279                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
280                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
281                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
282                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
283                  * data if we're on an improperly configured VM.
284                  */
285                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
286         }
287 }
288
289 #ifdef CONFIG_X86_32
290 #define NR_RANGE_MR 3
291 #else /* CONFIG_X86_64 */
292 #define NR_RANGE_MR 5
293 #endif
294
295 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
296                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
297                              unsigned long page_size_mask)
298 {
299         if (start_pfn < end_pfn) {
300                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
301                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
302                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
303                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
304                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
305                 nr_range++;
306         }
307
308         return nr_range;
309 }
310
311 /*
312  * adjust the page_size_mask for small range to go with
313  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
314  */
315 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
316                                                          int nr_range)
317 {
318         int i;
319
320         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
321                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
322                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
323                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
324                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
325
326 #ifdef CONFIG_X86_32
327                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
328                                 continue;
329 #endif
330
331                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
332                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
333                 }
334                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
335                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
336                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
337                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
338
339                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
340                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
341                 }
342         }
343 }
344
345 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
346 {
347         static const char str_1g[] = "1G";
348         static const char str_2m[] = "2M";
349         static const char str_4m[] = "4M";
350         static const char str_4k[] = "4k";
351
352         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
353                 return str_1g;
354         /*
355          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
356          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
357          * print out the right size in the string.
358          */
359         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
360             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
361             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
362                 return str_4m;
363
364         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
365                 return str_2m;
366
367         return str_4k;
368 }
369
370 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
371                                      unsigned long start,
372                                      unsigned long end)
373 {
374         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
375         unsigned long pfn;
376         int i;
377
378         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
379
380         /* head if not big page alignment ? */
381         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
382 #ifdef CONFIG_X86_32
383         /*
384          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
385          * because there are often fixed size MTRRs in there
386          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
387          * slowdowns.
388          */
389         if (pfn == 0)
390                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
391         else
392                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
393 #else /* CONFIG_X86_64 */
394         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
395 #endif
396         if (end_pfn > limit_pfn)
397                 end_pfn = limit_pfn;
398         if (start_pfn < end_pfn) {
399                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
400                 pfn = end_pfn;
401         }
402
403         /* big page (2M) range */
404         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
405 #ifdef CONFIG_X86_32
406         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
407 #else /* CONFIG_X86_64 */
408         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
409         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
410                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
411 #endif
412
413         if (start_pfn < end_pfn) {
414                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
415                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
416                 pfn = end_pfn;
417         }
418
419 #ifdef CONFIG_X86_64
420         /* big page (1G) range */
421         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
422         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
423         if (start_pfn < end_pfn) {
424                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
425                                 page_size_mask &
426                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
427                 pfn = end_pfn;
428         }
429
430         /* tail is not big page (1G) alignment */
431         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
432         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
433         if (start_pfn < end_pfn) {
434                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
435                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
436                 pfn = end_pfn;
437         }
438 #endif
439
440         /* tail is not big page (2M) alignment */
441         start_pfn = pfn;
442         end_pfn = limit_pfn;
443         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
444
445         if (!after_bootmem)
446                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
447
448         /* try to merge same page size and continuous */
449         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
450                 unsigned long old_start;
451                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
452                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
453                         continue;
454                 /* move it */
455                 old_start = mr[i].start;
456                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
457                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
458                 mr[i--].start = old_start;
459                 nr_range--;
460         }
461
462         for (i = 0; i < nr_range; i++)
463                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
464                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
465                                 page_size_string(&mr[i]));
466
467         return nr_range;
468 }
469
470 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
471 int nr_pfn_mapped;
472
473 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
474 {
475         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
476                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
477         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
478
479         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
480
481         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
482                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
483                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
484 }
485
486 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
487 {
488         int i;
489
490         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
491                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
492                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
493                         return true;
494
495         return false;
496 }
497
498 /*
499  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
500  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
501  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
502  */
503 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
504                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
505 {
506         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
507         unsigned long ret = 0;
508         int nr_range, i;
509
510         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
511                start, end - 1);
512
513         memset(mr, 0, sizeof(mr));
514         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
515
516         for (i = 0; i < nr_range; i++)
517                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
518                                                    mr[i].page_size_mask,
519                                                    prot);
520
521         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
522
523         return ret >> PAGE_SHIFT;
524 }
525
526 /*
527  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
528  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
529  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
530  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
531  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
532  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
533  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
534  *
535  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
536  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
537  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
538  */
539 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
540                                            unsigned long r_start,
541                                            unsigned long r_end)
542 {
543         unsigned long start_pfn, end_pfn;
544         unsigned long mapped_ram_size = 0;
545         int i;
546
547         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
548                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
549                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
550                 if (start >= end)
551                         continue;
552
553                 /*
554                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
555                  * alloc pgt buf from memblock instead.
556                  */
557                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
558                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
559                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
560                 mapped_ram_size += end - start;
561                 can_use_brk_pgt = true;
562         }
563
564         return mapped_ram_size;
565 }
566
567 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
568 {
569         /*
570          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
571          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
572          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
573          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
574          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
575          * difference of page table level shifts.
576          *
577          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
578          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
579          * turns it into 0x100000000ULL.
580          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
581          * needs to be taken into consideration by the code below.
582          */
583         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
584 }
585
586 /**
587  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
588  * @map_start: start address of the target memory range
589  * @map_end: end address of the target memory range
590  *
591  * This function will setup direct mapping for memory range
592  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
593  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
594  * memory in top-down.
595  */
596 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
597                                        unsigned long map_end)
598 {
599         unsigned long real_end, start, last_start;
600         unsigned long step_size;
601         unsigned long addr;
602         unsigned long mapped_ram_size = 0;
603
604         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
605         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
606         real_end = addr + PMD_SIZE;
607
608         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
609         step_size = PMD_SIZE;
610         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
611         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
612         last_start = start = real_end;
613
614         /*
615          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
616          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
617          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
618          * for page table.
619          */
620         while (last_start > map_start) {
621                 if (last_start > step_size) {
622                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
623                         if (start < map_start)
624                                 start = map_start;
625                 } else
626                         start = map_start;
627                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
628                                                         last_start);
629                 last_start = start;
630                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
631                 if (mapped_ram_size >= step_size)
632                         step_size = get_new_step_size(step_size);
633         }
634
635         if (real_end < map_end)
636                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
637 }
638
639 /**
640  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
641  * @map_start: start address of the target memory range
642  * @map_end: end address of the target memory range
643  *
644  * This function will setup direct mapping for memory range
645  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
646  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
647  * be allocated just above the kernel and we map the memory
648  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
649  */
650 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
651                                         unsigned long map_end)
652 {
653         unsigned long next, start;
654         unsigned long mapped_ram_size = 0;
655         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
656         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
657
658         start = map_start;
659         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
660
661         /*
662          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
663          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
664          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
665          * for page table.
666          */
667         while (start < map_end) {
668                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
669                         next = round_up(start + 1, step_size);
670                         if (next > map_end)
671                                 next = map_end;
672                 } else {
673                         next = map_end;
674                 }
675
676                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
677                 start = next;
678
679                 if (mapped_ram_size >= step_size)
680                         step_size = get_new_step_size(step_size);
681         }
682 }
683
684 /*
685  * The real mode trampoline, which is required for bootstrapping CPUs
686  * occupies only a small area under the low 1MB.  See reserve_real_mode()
687  * for details.
688  *
689  * If KASLR is disabled the first PGD entry of the direct mapping is copied
690  * to map the real mode trampoline.
691  *
692  * If KASLR is enabled, copy only the PUD which covers the low 1MB
693  * area. This limits the randomization granularity to 1GB for both 4-level
694  * and 5-level paging.
695  */
696 static void __init init_trampoline(void)
697 {
698 #ifdef CONFIG_X86_64
699         if (!kaslr_memory_enabled())
700                 trampoline_pgd_entry = init_top_pgt[pgd_index(__PAGE_OFFSET)];
701         else
702                 init_trampoline_kaslr();
703 #endif
704 }
705
706 void __init init_mem_mapping(void)
707 {
708         unsigned long end;
709
710         pti_check_boottime_disable();
711         probe_page_size_mask();
712         setup_pcid();
713
714 #ifdef CONFIG_X86_64
715         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
716 #else
717         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
718 #endif
719
720         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
721         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
722
723         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
724         init_trampoline();
725
726         /*
727          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
728          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
729          */
730         if (memblock_bottom_up()) {
731                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
732
733                 /*
734                  * we need two separate calls here. This is because we want to
735                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
736                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
737                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
738                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
739                  */
740                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
741                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
742         } else {
743                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
744         }
745
746 #ifdef CONFIG_X86_64
747         if (max_pfn > max_low_pfn) {
748                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
749                 max_low_pfn = max_pfn;
750         }
751 #else
752         early_ioremap_page_table_range_init();
753 #endif
754
755         load_cr3(swapper_pg_dir);
756         __flush_tlb_all();
757
758         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
759
760         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
761 }
762
763 /*
764  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
765  * during patching.
766  */
767 void __init poking_init(void)
768 {
769         spinlock_t *ptl;
770         pte_t *ptep;
771
772         poking_mm = copy_init_mm();
773         BUG_ON(!poking_mm);
774
775         /*
776          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
777          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
778          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
779          */
780         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
781         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
782                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
783                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
784
785         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
786                 poking_addr += PAGE_SIZE;
787
788         /*
789          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
790          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
791          * section, which might cause allocation to fail.
792          */
793         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
794         BUG_ON(!ptep);
795         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
796 }
797
798 /*
799  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
800  * is valid. The argument is a physical page number.
801  *
802  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
803  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
804  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
805  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
806  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
807  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
808  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
809  */
810 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
811 {
812         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
813                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
814                         != REGION_DISJOINT) {
815                 /*
816                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
817                  * request that the page be shown as all zeros.
818                  */
819                 if (pagenr < 256)
820                         return 2;
821
822                 return 0;
823         }
824
825         /*
826          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
827          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
828          */
829         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
830                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
831                 if (pagenr < 256)
832                         return 1;
833
834                 return 0;
835         }
836
837         return 1;
838 }
839
840 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
841 {
842         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
843
844         /* Make sure boundaries are page aligned */
845         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
846         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
847
848         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
849                 begin = begin_aligned;
850                 end   = end_aligned;
851         }
852
853         if (begin >= end)
854                 return;
855
856         /*
857          * If debugging page accesses then do not free this memory but
858          * mark them not present - any buggy init-section access will
859          * create a kernel page fault:
860          */
861         if (debug_pagealloc_enabled()) {
862                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
863                         begin, end - 1);
864                 /*
865                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
866                  * corresponding pages will be unmapped.
867                  */
868                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
869                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
870         } else {
871                 /*
872                  * We just marked the kernel text read only above, now that
873                  * we are going to free part of that, we need to make that
874                  * writeable and non-executable first.
875                  */
876                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
877                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
878
879                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
880                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
881         }
882 }
883
884 /*
885  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
886  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
887  * right thing for either kind of address.
888  */
889 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
890 {
891         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
892         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
893         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
894
895         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
896
897         /*
898          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
899          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
900          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
901          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
902          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
903          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
904          * optimizations PTI is currently using.
905          *
906          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
907          * needed to access the freed pages.
908          *
909          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
910          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
911          */
912         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
913                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
914 }
915
916 void __ref free_initmem(void)
917 {
918         e820__reallocate_tables();
919
920         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
921
922         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
923                                 &__init_begin, &__init_end);
924 }
925
926 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
927 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
928 {
929         /*
930          * end could be not aligned, and We can not align that,
931          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
932          * We already reserve the end partial page before in
933          *   - i386_start_kernel()
934          *   - x86_64_start_kernel()
935          *   - relocate_initrd()
936          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
937          */
938         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
939 }
940 #endif
941
942 /*
943  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
944  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
945  * accurately.
946  *
947  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
948  * might benefit from this as well.
949  */
950 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
951 {
952 #ifdef CONFIG_X86_64
953         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
954         unsigned long start_pfn, end_pfn;
955         phys_addr_t start_addr, end_addr;
956         int i;
957         u64 u;
958
959         /*
960          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
961          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
962          */
963         nr_pages = 0;
964         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
965                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
966                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
967
968                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
969         }
970
971         /*
972          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
973          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
974          * pages at the beginning or the end of the range:
975          */
976         nr_free_pages = 0;
977         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
978                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
979                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
980
981                 if (start_pfn < end_pfn)
982                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
983         }
984
985         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
986 #endif
987 }
988
989 void __init zone_sizes_init(void)
990 {
991         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
992
993         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
994
995 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
996         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
997 #endif
998 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
999         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
1000 #endif
1001         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
1002 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1003         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
1004 #endif
1005
1006         free_area_init(max_zone_pfns);
1007 }
1008
1009 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
1010         .loaded_mm = &init_mm,
1011         .next_asid = 1,
1012         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
1013 };
1014
1015 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
1016 {
1017         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
1018         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
1019
1020         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
1021         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
1022 }
1023
1024 #ifdef CONFIG_SWAP
1025 unsigned long max_swapfile_size(void)
1026 {
1027         unsigned long pages;
1028
1029         pages = generic_max_swapfile_size();
1030
1031         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1032                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1033                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1034                 /*
1035                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1036                  * which makes the usable limit higher.
1037                  */
1038 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1039                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1040 #endif
1041                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1042         }
1043         return pages;
1044 }
1045 #endif
This page took 0.093374 seconds and 4 git commands to generate.