]> Git Repo - linux.git/blob - arch/s390/mm/vmem.c
Linux 6.14-rc3
[linux.git] / arch / s390 / mm / 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/abs_lowcore.h>
17 #include <asm/cacheflush.h>
18 #include <asm/maccess.h>
19 #include <asm/nospec-branch.h>
20 #include <asm/ctlreg.h>
21 #include <asm/pgalloc.h>
22 #include <asm/setup.h>
23 #include <asm/tlbflush.h>
24 #include <asm/sections.h>
25 #include <asm/set_memory.h>
26 #include <asm/physmem_info.h>
27
28 static DEFINE_MUTEX(vmem_mutex);
29
30 static void __ref *vmem_alloc_pages(unsigned int order)
31 {
32         unsigned long size = PAGE_SIZE << order;
33
34         if (slab_is_available())
35                 return (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, order);
36         return memblock_alloc(size, size);
37 }
38
39 static void vmem_free_pages(unsigned long addr, int order, struct vmem_altmap *altmap)
40 {
41         if (altmap) {
42                 vmem_altmap_free(altmap, 1 << order);
43                 return;
44         }
45         /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
46         if (!slab_is_available() ||
47             WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page((void *)addr))))
48                 return;
49         free_pages(addr, order);
50 }
51
52 void *vmem_crst_alloc(unsigned long val)
53 {
54         unsigned long *table;
55
56         table = vmem_alloc_pages(CRST_ALLOC_ORDER);
57         if (!table)
58                 return NULL;
59         crst_table_init(table, val);
60         __arch_set_page_dat(table, 1UL << CRST_ALLOC_ORDER);
61         return table;
62 }
63
64 pte_t __ref *vmem_pte_alloc(void)
65 {
66         unsigned long size = PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t);
67         pte_t *pte;
68
69         if (slab_is_available())
70                 pte = (pte_t *) page_table_alloc(&init_mm);
71         else
72                 pte = (pte_t *) memblock_alloc(size, size);
73         if (!pte)
74                 return NULL;
75         memset64((u64 *)pte, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
76         __arch_set_page_dat(pte, 1);
77         return pte;
78 }
79
80 static void vmem_pte_free(unsigned long *table)
81 {
82         /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
83         if (!slab_is_available() ||
84             WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page(table))))
85                 return;
86         page_table_free(&init_mm, table);
87 }
88
89 #define PAGE_UNUSED 0xFD
90
91 /*
92  * The unused vmemmap range, which was not yet memset(PAGE_UNUSED) ranges
93  * from unused_sub_pmd_start to next PMD_SIZE boundary.
94  */
95 static unsigned long unused_sub_pmd_start;
96
97 static void vmemmap_flush_unused_sub_pmd(void)
98 {
99         if (!unused_sub_pmd_start)
100                 return;
101         memset((void *)unused_sub_pmd_start, PAGE_UNUSED,
102                ALIGN(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE) - unused_sub_pmd_start);
103         unused_sub_pmd_start = 0;
104 }
105
106 static void vmemmap_mark_sub_pmd_used(unsigned long start, unsigned long end)
107 {
108         /*
109          * As we expect to add in the same granularity as we remove, it's
110          * sufficient to mark only some piece used to block the memmap page from
111          * getting removed (just in case the memmap never gets initialized,
112          * e.g., because the memory block never gets onlined).
113          */
114         memset((void *)start, 0, sizeof(struct page));
115 }
116
117 static void vmemmap_use_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
118 {
119         /*
120          * We only optimize if the new used range directly follows the
121          * previously unused range (esp., when populating consecutive sections).
122          */
123         if (unused_sub_pmd_start == start) {
124                 unused_sub_pmd_start = end;
125                 if (likely(IS_ALIGNED(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE)))
126                         unused_sub_pmd_start = 0;
127                 return;
128         }
129         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
130         vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);
131 }
132
133 static void vmemmap_use_new_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
134 {
135         unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);
136
137         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
138
139         /* Could be our memmap page is filled with PAGE_UNUSED already ... */
140         vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);
141
142         /* Mark the unused parts of the new memmap page PAGE_UNUSED. */
143         if (!IS_ALIGNED(start, PMD_SIZE))
144                 memset((void *)page, PAGE_UNUSED, start - page);
145         /*
146          * We want to avoid memset(PAGE_UNUSED) when populating the vmemmap of
147          * consecutive sections. Remember for the last added PMD the last
148          * unused range in the populated PMD.
149          */
150         if (!IS_ALIGNED(end, PMD_SIZE))
151                 unused_sub_pmd_start = end;
152 }
153
154 /* Returns true if the PMD is completely unused and can be freed. */
155 static bool vmemmap_unuse_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
156 {
157         unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);
158
159         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
160         memset((void *)start, PAGE_UNUSED, end - start);
161         return !memchr_inv((void *)page, PAGE_UNUSED, PMD_SIZE);
162 }
163
164 /* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
165 static int __ref modify_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
166                                   unsigned long end, bool add, bool direct,
167                                   struct vmem_altmap *altmap)
168 {
169         unsigned long prot, pages = 0;
170         int ret = -ENOMEM;
171         pte_t *pte;
172
173         prot = pgprot_val(PAGE_KERNEL);
174         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
175         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE, pte++) {
176                 if (!add) {
177                         if (pte_none(*pte))
178                                 continue;
179                         if (!direct)
180                                 vmem_free_pages((unsigned long)pfn_to_virt(pte_pfn(*pte)), get_order(PAGE_SIZE), altmap);
181                         pte_clear(&init_mm, addr, pte);
182                 } else if (pte_none(*pte)) {
183                         if (!direct) {
184                                 void *new_page = vmemmap_alloc_block_buf(PAGE_SIZE, NUMA_NO_NODE, altmap);
185
186                                 if (!new_page)
187                                         goto out;
188                                 set_pte(pte, __pte(__pa(new_page) | prot));
189                         } else {
190                                 set_pte(pte, __pte(__pa(addr) | prot));
191                         }
192                 } else {
193                         continue;
194                 }
195                 pages++;
196         }
197         ret = 0;
198 out:
199         if (direct)
200                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_4K, add ? pages : -pages);
201         return ret;
202 }
203
204 static void try_free_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long start)
205 {
206         pte_t *pte;
207         int i;
208
209         /* We can safely assume this is fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
210         pte = pte_offset_kernel(pmd, start);
211         for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE; i++, pte++) {
212                 if (!pte_none(*pte))
213                         return;
214         }
215         vmem_pte_free((unsigned long *) pmd_deref(*pmd));
216         pmd_clear(pmd);
217 }
218
219 /* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
220 static int __ref modify_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long addr,
221                                   unsigned long end, bool add, bool direct,
222                                   struct vmem_altmap *altmap)
223 {
224         unsigned long next, prot, pages = 0;
225         int ret = -ENOMEM;
226         pmd_t *pmd;
227         pte_t *pte;
228
229         prot = pgprot_val(SEGMENT_KERNEL);
230         pmd = pmd_offset(pud, addr);
231         for (; addr < end; addr = next, pmd++) {
232                 next = pmd_addr_end(addr, end);
233                 if (!add) {
234                         if (pmd_none(*pmd))
235                                 continue;
236                         if (pmd_leaf(*pmd)) {
237                                 if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
238                                     IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
239                                         if (!direct)
240                                                 vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE), altmap);
241                                         pmd_clear(pmd);
242                                         pages++;
243                                 } else if (!direct && vmemmap_unuse_sub_pmd(addr, next)) {
244                                         vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE), altmap);
245                                         pmd_clear(pmd);
246                                 }
247                                 continue;
248                         }
249                 } else if (pmd_none(*pmd)) {
250                         if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
251                             IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE) &&
252                             MACHINE_HAS_EDAT1 && direct &&
253                             !debug_pagealloc_enabled()) {
254                                 set_pmd(pmd, __pmd(__pa(addr) | prot));
255                                 pages++;
256                                 continue;
257                         } else if (!direct && MACHINE_HAS_EDAT1) {
258                                 void *new_page;
259
260                                 /*
261                                  * Use 1MB frames for vmemmap if available. We
262                                  * always use large frames even if they are only
263                                  * partially used. Otherwise we would have also
264                                  * page tables since vmemmap_populate gets
265                                  * called for each section separately.
266                                  */
267                                 new_page = vmemmap_alloc_block_buf(PMD_SIZE, NUMA_NO_NODE, altmap);
268                                 if (new_page) {
269                                         set_pmd(pmd, __pmd(__pa(new_page) | prot));
270                                         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) ||
271                                             !IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
272                                                 vmemmap_use_new_sub_pmd(addr, next);
273                                         }
274                                         continue;
275                                 }
276                         }
277                         pte = vmem_pte_alloc();
278                         if (!pte)
279                                 goto out;
280                         pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
281                 } else if (pmd_leaf(*pmd)) {
282                         if (!direct)
283                                 vmemmap_use_sub_pmd(addr, next);
284                         continue;
285                 }
286                 ret = modify_pte_table(pmd, addr, next, add, direct, altmap);
287                 if (ret)
288                         goto out;
289                 if (!add)
290                         try_free_pte_table(pmd, addr & PMD_MASK);
291         }
292         ret = 0;
293 out:
294         if (direct)
295                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_1M, add ? pages : -pages);
296         return ret;
297 }
298
299 static void try_free_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long start)
300 {
301         pmd_t *pmd;
302         int i;
303
304         pmd = pmd_offset(pud, start);
305         for (i = 0; i < PTRS_PER_PMD; i++, pmd++)
306                 if (!pmd_none(*pmd))
307                         return;
308         vmem_free_pages(pud_deref(*pud), CRST_ALLOC_ORDER, NULL);
309         pud_clear(pud);
310 }
311
312 static int modify_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
313                             bool add, bool direct, struct vmem_altmap *altmap)
314 {
315         unsigned long next, prot, pages = 0;
316         int ret = -ENOMEM;
317         pud_t *pud;
318         pmd_t *pmd;
319
320         prot = pgprot_val(REGION3_KERNEL);
321         pud = pud_offset(p4d, addr);
322         for (; addr < end; addr = next, pud++) {
323                 next = pud_addr_end(addr, end);
324                 if (!add) {
325                         if (pud_none(*pud))
326                                 continue;
327                         if (pud_leaf(*pud)) {
328                                 if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
329                                     IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE)) {
330                                         pud_clear(pud);
331                                         pages++;
332                                 }
333                                 continue;
334                         }
335                 } else if (pud_none(*pud)) {
336                         if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
337                             IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE) &&
338                             MACHINE_HAS_EDAT2 && direct &&
339                             !debug_pagealloc_enabled()) {
340                                 set_pud(pud, __pud(__pa(addr) | prot));
341                                 pages++;
342                                 continue;
343                         }
344                         pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
345                         if (!pmd)
346                                 goto out;
347                         pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
348                 } else if (pud_leaf(*pud)) {
349                         continue;
350                 }
351                 ret = modify_pmd_table(pud, addr, next, add, direct, altmap);
352                 if (ret)
353                         goto out;
354                 if (!add)
355                         try_free_pmd_table(pud, addr & PUD_MASK);
356         }
357         ret = 0;
358 out:
359         if (direct)
360                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_2G, add ? pages : -pages);
361         return ret;
362 }
363
364 static void try_free_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long start)
365 {
366         pud_t *pud;
367         int i;
368
369         pud = pud_offset(p4d, start);
370         for (i = 0; i < PTRS_PER_PUD; i++, pud++) {
371                 if (!pud_none(*pud))
372                         return;
373         }
374         vmem_free_pages(p4d_deref(*p4d), CRST_ALLOC_ORDER, NULL);
375         p4d_clear(p4d);
376 }
377
378 static int modify_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
379                             bool add, bool direct, struct vmem_altmap *altmap)
380 {
381         unsigned long next;
382         int ret = -ENOMEM;
383         p4d_t *p4d;
384         pud_t *pud;
385
386         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
387         for (; addr < end; addr = next, p4d++) {
388                 next = p4d_addr_end(addr, end);
389                 if (!add) {
390                         if (p4d_none(*p4d))
391                                 continue;
392                 } else if (p4d_none(*p4d)) {
393                         pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
394                         if (!pud)
395                                 goto out;
396                         p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
397                 }
398                 ret = modify_pud_table(p4d, addr, next, add, direct, altmap);
399                 if (ret)
400                         goto out;
401                 if (!add)
402                         try_free_pud_table(p4d, addr & P4D_MASK);
403         }
404         ret = 0;
405 out:
406         return ret;
407 }
408
409 static void try_free_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long start)
410 {
411         p4d_t *p4d;
412         int i;
413
414         p4d = p4d_offset(pgd, start);
415         for (i = 0; i < PTRS_PER_P4D; i++, p4d++) {
416                 if (!p4d_none(*p4d))
417                         return;
418         }
419         vmem_free_pages(pgd_deref(*pgd), CRST_ALLOC_ORDER, NULL);
420         pgd_clear(pgd);
421 }
422
423 static int modify_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool add,
424                             bool direct, struct vmem_altmap *altmap)
425 {
426         unsigned long addr, next;
427         int ret = -ENOMEM;
428         pgd_t *pgd;
429         p4d_t *p4d;
430
431         if (WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(start | end)))
432                 return -EINVAL;
433         /* Don't mess with any tables not fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
434         if (WARN_ON_ONCE(end > __abs_lowcore))
435                 return -EINVAL;
436         for (addr = start; addr < end; addr = next) {
437                 next = pgd_addr_end(addr, end);
438                 pgd = pgd_offset_k(addr);
439
440                 if (!add) {
441                         if (pgd_none(*pgd))
442                                 continue;
443                 } else if (pgd_none(*pgd)) {
444                         p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
445                         if (!p4d)
446                                 goto out;
447                         pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
448                 }
449                 ret = modify_p4d_table(pgd, addr, next, add, direct, altmap);
450                 if (ret)
451                         goto out;
452                 if (!add)
453                         try_free_p4d_table(pgd, addr & PGDIR_MASK);
454         }
455         ret = 0;
456 out:
457         if (!add)
458                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
459         return ret;
460 }
461
462 static int add_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct,
463                          struct vmem_altmap *altmap)
464 {
465         return modify_pagetable(start, end, true, direct, altmap);
466 }
467
468 static int remove_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct,
469                             struct vmem_altmap *altmap)
470 {
471         return modify_pagetable(start, end, false, direct, altmap);
472 }
473
474 /*
475  * Add a physical memory range to the 1:1 mapping.
476  */
477 static int vmem_add_range(unsigned long start, unsigned long size)
478 {
479         start = (unsigned long)__va(start);
480         return add_pagetable(start, start + size, true, NULL);
481 }
482
483 /*
484  * Remove a physical memory range from the 1:1 mapping.
485  */
486 static void vmem_remove_range(unsigned long start, unsigned long size)
487 {
488         start = (unsigned long)__va(start);
489         remove_pagetable(start, start + size, true, NULL);
490 }
491
492 /*
493  * Add a backed mem_map array to the virtual mem_map array.
494  */
495 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
496                                struct vmem_altmap *altmap)
497 {
498         int ret;
499
500         mutex_lock(&vmem_mutex);
501         /* We don't care about the node, just use NUMA_NO_NODE on allocations */
502         ret = add_pagetable(start, end, false, altmap);
503         if (ret)
504                 remove_pagetable(start, end, false, altmap);
505         mutex_unlock(&vmem_mutex);
506         return ret;
507 }
508
509 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
510
511 void vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end,
512                   struct vmem_altmap *altmap)
513 {
514         mutex_lock(&vmem_mutex);
515         remove_pagetable(start, end, false, altmap);
516         mutex_unlock(&vmem_mutex);
517 }
518
519 #endif
520
521 void vmem_remove_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
522 {
523         mutex_lock(&vmem_mutex);
524         vmem_remove_range(start, size);
525         mutex_unlock(&vmem_mutex);
526 }
527
528 struct range arch_get_mappable_range(void)
529 {
530         struct range mhp_range;
531
532         mhp_range.start = 0;
533         mhp_range.end = max_mappable - 1;
534         return mhp_range;
535 }
536
537 int vmem_add_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
538 {
539         struct range range = arch_get_mappable_range();
540         int ret;
541
542         if (start < range.start ||
543             start + size > range.end + 1 ||
544             start + size < start)
545                 return -ERANGE;
546
547         mutex_lock(&vmem_mutex);
548         ret = vmem_add_range(start, size);
549         if (ret)
550                 vmem_remove_range(start, size);
551         mutex_unlock(&vmem_mutex);
552         return ret;
553 }
554
555 /*
556  * Allocate new or return existing page-table entry, but do not map it
557  * to any physical address. If missing, allocate segment- and region-
558  * table entries along. Meeting a large segment- or region-table entry
559  * while traversing is an error, since the function is expected to be
560  * called against virtual regions reserved for 4KB mappings only.
561  */
562 pte_t *vmem_get_alloc_pte(unsigned long addr, bool alloc)
563 {
564         pte_t *ptep = NULL;
565         pgd_t *pgd;
566         p4d_t *p4d;
567         pud_t *pud;
568         pmd_t *pmd;
569         pte_t *pte;
570
571         pgd = pgd_offset_k(addr);
572         if (pgd_none(*pgd)) {
573                 if (!alloc)
574                         goto out;
575                 p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
576                 if (!p4d)
577                         goto out;
578                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
579         }
580         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
581         if (p4d_none(*p4d)) {
582                 if (!alloc)
583                         goto out;
584                 pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
585                 if (!pud)
586                         goto out;
587                 p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
588         }
589         pud = pud_offset(p4d, addr);
590         if (pud_none(*pud)) {
591                 if (!alloc)
592                         goto out;
593                 pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
594                 if (!pmd)
595                         goto out;
596                 pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
597         } else if (WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud))) {
598                 goto out;
599         }
600         pmd = pmd_offset(pud, addr);
601         if (pmd_none(*pmd)) {
602                 if (!alloc)
603                         goto out;
604                 pte = vmem_pte_alloc();
605                 if (!pte)
606                         goto out;
607                 pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
608         } else if (WARN_ON_ONCE(pmd_leaf(*pmd))) {
609                 goto out;
610         }
611         ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
612 out:
613         return ptep;
614 }
615
616 int __vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot, bool alloc)
617 {
618         pte_t *ptep, pte;
619
620         if (!IS_ALIGNED(addr, PAGE_SIZE))
621                 return -EINVAL;
622         ptep = vmem_get_alloc_pte(addr, alloc);
623         if (!ptep)
624                 return -ENOMEM;
625         __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
626         pte = mk_pte_phys(phys, prot);
627         set_pte(ptep, pte);
628         return 0;
629 }
630
631 int vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot)
632 {
633         int rc;
634
635         mutex_lock(&vmem_mutex);
636         rc = __vmem_map_4k_page(addr, phys, prot, true);
637         mutex_unlock(&vmem_mutex);
638         return rc;
639 }
640
641 void vmem_unmap_4k_page(unsigned long addr)
642 {
643         pte_t *ptep;
644
645         mutex_lock(&vmem_mutex);
646         ptep = virt_to_kpte(addr);
647         __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
648         pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
649         mutex_unlock(&vmem_mutex);
650 }
651
652 void __init vmem_map_init(void)
653 {
654         __set_memory_rox(_stext, _etext);
655         __set_memory_ro(_etext, __end_rodata);
656         __set_memory_rox(__stext_amode31, __etext_amode31);
657         /*
658          * If the BEAR-enhancement facility is not installed the first
659          * prefix page is used to return to the previous context with
660          * an LPSWE instruction and therefore must be executable.
661          */
662         if (!static_key_enabled(&cpu_has_bear))
663                 set_memory_x(0, 1);
664         if (debug_pagealloc_enabled())
665                 __set_memory_4k(__va(0), absolute_pointer(__va(0)) + ident_map_size);
666         pr_info("Write protected kernel read-only data: %luk\n",
667                 (unsigned long)(__end_rodata - _stext) >> 10);
668 }
This page took 0.0698 seconds and 4 git commands to generate.