]> Git Repo - linux.git/blob - arch/x86/mm/init.c
Linux 6.14-rc3
[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 #include <linux/execmem.h>
11
12 #include <asm/set_memory.h>
13 #include <asm/cpu_device_id.h>
14 #include <asm/e820/api.h>
15 #include <asm/init.h>
16 #include <asm/page.h>
17 #include <asm/page_types.h>
18 #include <asm/sections.h>
19 #include <asm/setup.h>
20 #include <asm/tlbflush.h>
21 #include <asm/tlb.h>
22 #include <asm/proto.h>
23 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
24 #include <asm/kaslr.h>
25 #include <asm/hypervisor.h>
26 #include <asm/cpufeature.h>
27 #include <asm/pti.h>
28 #include <asm/text-patching.h>
29 #include <asm/memtype.h>
30 #include <asm/paravirt.h>
31
32 /*
33  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
34  * is only compiled when SMP=y.
35  */
36 #include <trace/events/tlb.h>
37
38 #include "mm_internal.h"
39
40 /*
41  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
42  *
43  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
44  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
45  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
46  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
47  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
48  *
49  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
50  *
51  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
52  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
53  */
54 static uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
55         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
57         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
58         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
59         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
60         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
61 };
62
63 unsigned long cachemode2protval(enum page_cache_mode pcm)
64 {
65         if (likely(pcm == 0))
66                 return 0;
67         return __cachemode2pte_tbl[pcm];
68 }
69 EXPORT_SYMBOL(cachemode2protval);
70
71 static uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
72         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
73         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
74         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
75         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
76         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
77         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
78         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
79         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
80 };
81
82 /*
83  * Check that the write-protect PAT entry is set for write-protect.
84  * To do this without making assumptions how PAT has been set up (Xen has
85  * another layout than the kernel), translate the _PAGE_CACHE_MODE_WP cache
86  * mode via the __cachemode2pte_tbl[] into protection bits (those protection
87  * bits will select a cache mode of WP or better), and then translate the
88  * protection bits back into the cache mode using __pte2cm_idx() and the
89  * __pte2cachemode_tbl[] array. This will return the really used cache mode.
90  */
91 bool x86_has_pat_wp(void)
92 {
93         uint16_t prot = __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_WP];
94
95         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(prot)] == _PAGE_CACHE_MODE_WP;
96 }
97
98 enum page_cache_mode pgprot2cachemode(pgprot_t pgprot)
99 {
100         unsigned long masked;
101
102         masked = pgprot_val(pgprot) & _PAGE_CACHE_MASK;
103         if (likely(masked == 0))
104                 return 0;
105         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(masked)];
106 }
107
108 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
109 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
110 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
111
112 static unsigned long min_pfn_mapped;
113
114 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
115
116 /*
117  * Pages returned are already directly mapped.
118  *
119  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
120  *
121  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
122  *
123  * for detailed information.
124  */
125 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
126 {
127         unsigned long pfn;
128         int i;
129
130         if (after_bootmem) {
131                 unsigned int order;
132
133                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
134                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
135         }
136
137         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
138                 unsigned long ret = 0;
139
140                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
141                         ret = memblock_phys_alloc_range(
142                                         PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE,
143                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
144                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
145                 }
146                 if (!ret && can_use_brk_pgt)
147                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
148
149                 if (!ret)
150                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
151
152                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
153         } else {
154                 pfn = pgt_buf_end;
155                 pgt_buf_end += num;
156         }
157
158         for (i = 0; i < num; i++) {
159                 void *adr;
160
161                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
162                 clear_page(adr);
163         }
164
165         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
166 }
167
168 /*
169  * By default need to be able to allocate page tables below PGD firstly for
170  * the 0-ISA_END_ADDRESS range and secondly for the initial PMD_SIZE mapping.
171  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory and the
172  * PUD alignment, twice that many pages may be needed when KASLR memory
173  * randomization is enabled.
174  */
175
176 #ifndef CONFIG_X86_5LEVEL
177 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    3
178 #else
179 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    4
180 #endif
181
182 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
183 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (2 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
184 #else
185 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (4 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
186 #endif
187
188 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
189 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
190 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
191 {
192         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
193         phys_addr_t base;
194
195         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
196
197         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
198         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
199         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
200 }
201
202 int after_bootmem;
203
204 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
205
206 struct map_range {
207         unsigned long start;
208         unsigned long end;
209         unsigned page_size_mask;
210 };
211
212 static int page_size_mask;
213
214 /*
215  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
216  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
217  * up after us can get the correct flags. Invoked on the boot CPU.
218  */
219 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
220 {
221         mmu_cr4_features |= mask;
222         if (trampoline_cr4_features)
223                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
224         cr4_set_bits(mask);
225 }
226
227 static void __init probe_page_size_mask(void)
228 {
229         /*
230          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
231          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
232          * large pages into small in interrupt context, etc.
233          */
234         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
235                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
236         else
237                 direct_gbpages = 0;
238
239         /* Enable PSE if available */
240         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
241                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
242
243         /* Enable PGE if available */
244         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
245         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
246                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
247                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
248         }
249
250         /* By the default is everything supported: */
251         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
252         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
253         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
254                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
255
256         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
257         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
258                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
259                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
260         } else {
261                 direct_gbpages = 0;
262         }
263 }
264
265 /*
266  * INVLPG may not properly flush Global entries on
267  * these CPUs.  New microcode fixes the issue.
268  */
269 static const struct x86_cpu_id invlpg_miss_ids[] = {
270         X86_MATCH_VFM(INTEL_ALDERLAKE,      0x2e),
271         X86_MATCH_VFM(INTEL_ALDERLAKE_L,    0x42c),
272         X86_MATCH_VFM(INTEL_ATOM_GRACEMONT, 0x11),
273         X86_MATCH_VFM(INTEL_RAPTORLAKE,     0x118),
274         X86_MATCH_VFM(INTEL_RAPTORLAKE_P,   0x4117),
275         X86_MATCH_VFM(INTEL_RAPTORLAKE_S,   0x2e),
276         {}
277 };
278
279 static void setup_pcid(void)
280 {
281         const struct x86_cpu_id *invlpg_miss_match;
282
283         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
284                 return;
285
286         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
287                 return;
288
289         invlpg_miss_match = x86_match_cpu(invlpg_miss_ids);
290
291         if (invlpg_miss_match &&
292             boot_cpu_data.microcode < invlpg_miss_match->driver_data) {
293                 pr_info("Incomplete global flushes, disabling PCID");
294                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
295                 return;
296         }
297
298         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
299                 /*
300                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
301                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
302                  * do any good anyway.  Despite the name,
303                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
304                  * the bits in question to remain set all the way through
305                  * the secondary boot asm.
306                  *
307                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
308                  * start_secondary().
309                  */
310                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
311         } else {
312                 /*
313                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
314                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
315                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
316                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
317                  * data if we're on an improperly configured VM.
318                  */
319                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
320         }
321 }
322
323 #ifdef CONFIG_X86_32
324 #define NR_RANGE_MR 3
325 #else /* CONFIG_X86_64 */
326 #define NR_RANGE_MR 5
327 #endif
328
329 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
330                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
331                              unsigned long page_size_mask)
332 {
333         if (start_pfn < end_pfn) {
334                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
335                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
336                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
337                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
338                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
339                 nr_range++;
340         }
341
342         return nr_range;
343 }
344
345 /*
346  * adjust the page_size_mask for small range to go with
347  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
348  */
349 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
350                                                          int nr_range)
351 {
352         int i;
353
354         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
355                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
356                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
357                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
358                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
359
360 #ifdef CONFIG_X86_32
361                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
362                                 continue;
363 #endif
364
365                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
366                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
367                 }
368                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
369                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
370                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
371                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
372
373                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
374                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
375                 }
376         }
377 }
378
379 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
380 {
381         static const char str_1g[] = "1G";
382         static const char str_2m[] = "2M";
383         static const char str_4m[] = "4M";
384         static const char str_4k[] = "4k";
385
386         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
387                 return str_1g;
388         /*
389          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
390          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
391          * print out the right size in the string.
392          */
393         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
394             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
395             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
396                 return str_4m;
397
398         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
399                 return str_2m;
400
401         return str_4k;
402 }
403
404 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
405                                      unsigned long start,
406                                      unsigned long end)
407 {
408         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
409         unsigned long pfn;
410         int i;
411
412         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
413
414         /* head if not big page alignment ? */
415         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
416 #ifdef CONFIG_X86_32
417         /*
418          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
419          * because there are often fixed size MTRRs in there
420          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
421          * slowdowns.
422          */
423         if (pfn == 0)
424                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
425         else
426                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
427 #else /* CONFIG_X86_64 */
428         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
429 #endif
430         if (end_pfn > limit_pfn)
431                 end_pfn = limit_pfn;
432         if (start_pfn < end_pfn) {
433                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
434                 pfn = end_pfn;
435         }
436
437         /* big page (2M) range */
438         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
439 #ifdef CONFIG_X86_32
440         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
441 #else /* CONFIG_X86_64 */
442         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
443         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
444                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
445 #endif
446
447         if (start_pfn < end_pfn) {
448                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
449                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
450                 pfn = end_pfn;
451         }
452
453 #ifdef CONFIG_X86_64
454         /* big page (1G) range */
455         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
456         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
457         if (start_pfn < end_pfn) {
458                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
459                                 page_size_mask &
460                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
461                 pfn = end_pfn;
462         }
463
464         /* tail is not big page (1G) alignment */
465         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
466         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
467         if (start_pfn < end_pfn) {
468                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
469                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
470                 pfn = end_pfn;
471         }
472 #endif
473
474         /* tail is not big page (2M) alignment */
475         start_pfn = pfn;
476         end_pfn = limit_pfn;
477         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
478
479         if (!after_bootmem)
480                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
481
482         /* try to merge same page size and continuous */
483         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
484                 unsigned long old_start;
485                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
486                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
487                         continue;
488                 /* move it */
489                 old_start = mr[i].start;
490                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
491                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
492                 mr[i--].start = old_start;
493                 nr_range--;
494         }
495
496         for (i = 0; i < nr_range; i++)
497                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
498                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
499                                 page_size_string(&mr[i]));
500
501         return nr_range;
502 }
503
504 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
505 int nr_pfn_mapped;
506
507 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
508 {
509         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
510                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
511         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
512
513         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
514
515         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
516                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
517                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
518 }
519
520 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
521 {
522         int i;
523
524         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
525                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
526                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
527                         return true;
528
529         return false;
530 }
531
532 /*
533  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
534  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
535  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
536  */
537 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
538                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
539 {
540         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
541         unsigned long ret = 0;
542         int nr_range, i;
543
544         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
545                start, end - 1);
546
547         memset(mr, 0, sizeof(mr));
548         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
549
550         for (i = 0; i < nr_range; i++)
551                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
552                                                    mr[i].page_size_mask,
553                                                    prot);
554
555         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
556
557         return ret >> PAGE_SHIFT;
558 }
559
560 /*
561  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
562  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
563  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
564  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
565  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
566  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
567  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
568  *
569  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
570  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
571  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
572  */
573 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
574                                            unsigned long r_start,
575                                            unsigned long r_end)
576 {
577         unsigned long start_pfn, end_pfn;
578         unsigned long mapped_ram_size = 0;
579         int i;
580
581         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
582                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
583                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
584                 if (start >= end)
585                         continue;
586
587                 /*
588                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
589                  * alloc pgt buf from memblock instead.
590                  */
591                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
592                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
593                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
594                 mapped_ram_size += end - start;
595                 can_use_brk_pgt = true;
596         }
597
598         return mapped_ram_size;
599 }
600
601 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
602 {
603         /*
604          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
605          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
606          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
607          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
608          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
609          * difference of page table level shifts.
610          *
611          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
612          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
613          * turns it into 0x100000000ULL.
614          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
615          * needs to be taken into consideration by the code below.
616          */
617         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
618 }
619
620 /**
621  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
622  * @map_start: start address of the target memory range
623  * @map_end: end address of the target memory range
624  *
625  * This function will setup direct mapping for memory range
626  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
627  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
628  * memory in top-down.
629  */
630 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
631                                        unsigned long map_end)
632 {
633         unsigned long real_end, last_start;
634         unsigned long step_size;
635         unsigned long addr;
636         unsigned long mapped_ram_size = 0;
637
638         /*
639          * Systems that have many reserved areas near top of the memory,
640          * e.g. QEMU with less than 1G RAM and EFI enabled, or Xen, will
641          * require lots of 4K mappings which may exhaust pgt_buf.
642          * Start with top-most PMD_SIZE range aligned at PMD_SIZE to ensure
643          * there is enough mapped memory that can be allocated from
644          * memblock.
645          */
646         addr = memblock_phys_alloc_range(PMD_SIZE, PMD_SIZE, map_start,
647                                          map_end);
648         memblock_phys_free(addr, PMD_SIZE);
649         real_end = addr + PMD_SIZE;
650
651         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
652         step_size = PMD_SIZE;
653         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
654         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
655         last_start = real_end;
656
657         /*
658          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
659          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
660          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
661          * for page table.
662          */
663         while (last_start > map_start) {
664                 unsigned long start;
665
666                 if (last_start > step_size) {
667                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
668                         if (start < map_start)
669                                 start = map_start;
670                 } else
671                         start = map_start;
672                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
673                                                         last_start);
674                 last_start = start;
675                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
676                 if (mapped_ram_size >= step_size)
677                         step_size = get_new_step_size(step_size);
678         }
679
680         if (real_end < map_end)
681                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
682 }
683
684 /**
685  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
686  * @map_start: start address of the target memory range
687  * @map_end: end address of the target memory range
688  *
689  * This function will setup direct mapping for memory range
690  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
691  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
692  * be allocated just above the kernel and we map the memory
693  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
694  */
695 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
696                                         unsigned long map_end)
697 {
698         unsigned long next, start;
699         unsigned long mapped_ram_size = 0;
700         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
701         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
702
703         start = map_start;
704         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
705
706         /*
707          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
708          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
709          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
710          * for page table.
711          */
712         while (start < map_end) {
713                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
714                         next = round_up(start + 1, step_size);
715                         if (next > map_end)
716                                 next = map_end;
717                 } else {
718                         next = map_end;
719                 }
720
721                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
722                 start = next;
723
724                 if (mapped_ram_size >= step_size)
725                         step_size = get_new_step_size(step_size);
726         }
727 }
728
729 /*
730  * The real mode trampoline, which is required for bootstrapping CPUs
731  * occupies only a small area under the low 1MB.  See reserve_real_mode()
732  * for details.
733  *
734  * If KASLR is disabled the first PGD entry of the direct mapping is copied
735  * to map the real mode trampoline.
736  *
737  * If KASLR is enabled, copy only the PUD which covers the low 1MB
738  * area. This limits the randomization granularity to 1GB for both 4-level
739  * and 5-level paging.
740  */
741 static void __init init_trampoline(void)
742 {
743 #ifdef CONFIG_X86_64
744         /*
745          * The code below will alias kernel page-tables in the user-range of the
746          * address space, including the Global bit. So global TLB entries will
747          * be created when using the trampoline page-table.
748          */
749         if (!kaslr_memory_enabled())
750                 trampoline_pgd_entry = init_top_pgt[pgd_index(__PAGE_OFFSET)];
751         else
752                 init_trampoline_kaslr();
753 #endif
754 }
755
756 void __init init_mem_mapping(void)
757 {
758         unsigned long end;
759
760         pti_check_boottime_disable();
761         probe_page_size_mask();
762         setup_pcid();
763
764 #ifdef CONFIG_X86_64
765         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
766 #else
767         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
768 #endif
769
770         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
771         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
772
773         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
774         init_trampoline();
775
776         /*
777          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
778          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
779          */
780         if (memblock_bottom_up()) {
781                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
782
783                 /*
784                  * we need two separate calls here. This is because we want to
785                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
786                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
787                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
788                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
789                  */
790                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
791                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
792         } else {
793                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
794         }
795
796 #ifdef CONFIG_X86_64
797         if (max_pfn > max_low_pfn) {
798                 /* can we preserve max_low_pfn ?*/
799                 max_low_pfn = max_pfn;
800         }
801 #else
802         early_ioremap_page_table_range_init();
803 #endif
804
805         load_cr3(swapper_pg_dir);
806         __flush_tlb_all();
807
808         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
809
810         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
811 }
812
813 /*
814  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
815  * during patching.
816  */
817 void __init poking_init(void)
818 {
819         spinlock_t *ptl;
820         pte_t *ptep;
821
822         poking_mm = mm_alloc();
823         BUG_ON(!poking_mm);
824
825         /* Xen PV guests need the PGD to be pinned. */
826         paravirt_enter_mmap(poking_mm);
827
828         /*
829          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
830          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
831          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
832          */
833         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
834         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
835                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
836                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
837
838         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
839                 poking_addr += PAGE_SIZE;
840
841         /*
842          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
843          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
844          * section, which might cause allocation to fail.
845          */
846         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
847         BUG_ON(!ptep);
848         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
849 }
850
851 /*
852  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
853  * is valid. The argument is a physical page number.
854  *
855  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
856  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
857  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
858  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
859  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
860  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
861  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
862  */
863 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
864 {
865         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
866                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
867                         != REGION_DISJOINT) {
868                 /*
869                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
870                  * request that the page be shown as all zeros.
871                  */
872                 if (pagenr < 256)
873                         return 2;
874
875                 return 0;
876         }
877
878         /*
879          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
880          * restricted resource under CONFIG_STRICT_DEVMEM.
881          */
882         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
883                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
884                 if (pagenr < 256)
885                         return 1;
886
887                 return 0;
888         }
889
890         return 1;
891 }
892
893 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
894 {
895         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
896
897         /* Make sure boundaries are page aligned */
898         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
899         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
900
901         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
902                 begin = begin_aligned;
903                 end   = end_aligned;
904         }
905
906         if (begin >= end)
907                 return;
908
909         /*
910          * If debugging page accesses then do not free this memory but
911          * mark them not present - any buggy init-section access will
912          * create a kernel page fault:
913          */
914         if (debug_pagealloc_enabled()) {
915                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
916                         begin, end - 1);
917                 /*
918                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
919                  * corresponding pages will be unmapped.
920                  */
921                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
922                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
923         } else {
924                 /*
925                  * We just marked the kernel text read only above, now that
926                  * we are going to free part of that, we need to make that
927                  * writeable and non-executable first.
928                  */
929                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
930                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
931
932                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
933                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
934         }
935 }
936
937 /*
938  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
939  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
940  * right thing for either kind of address.
941  */
942 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
943 {
944         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
945         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
946         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
947
948         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
949
950         /*
951          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
952          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
953          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
954          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
955          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
956          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
957          * optimizations PTI is currently using.
958          *
959          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
960          * needed to access the freed pages.
961          *
962          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
963          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
964          */
965         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
966                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
967 }
968
969 void __ref free_initmem(void)
970 {
971         e820__reallocate_tables();
972
973         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
974
975         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
976                                 &__init_begin, &__init_end);
977 }
978
979 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
980 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
981 {
982         /*
983          * end could be not aligned, and We can not align that,
984          * decompressor could be confused by aligned initrd_end
985          * We already reserve the end partial page before in
986          *   - i386_start_kernel()
987          *   - x86_64_start_kernel()
988          *   - relocate_initrd()
989          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
990          */
991         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
992 }
993 #endif
994
995 void __init zone_sizes_init(void)
996 {
997         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
998
999         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
1000
1001 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
1002         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
1003 #endif
1004 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
1005         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
1006 #endif
1007         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
1008 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1009         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
1010 #endif
1011
1012         free_area_init(max_zone_pfns);
1013 }
1014
1015 __visible DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
1016         .loaded_mm = &init_mm,
1017         .next_asid = 1,
1018         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
1019 };
1020
1021 #ifdef CONFIG_ADDRESS_MASKING
1022 DEFINE_PER_CPU(u64, tlbstate_untag_mask);
1023 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(tlbstate_untag_mask);
1024 #endif
1025
1026 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
1027 {
1028         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
1029         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
1030
1031         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
1032         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
1033 }
1034
1035 #ifdef CONFIG_SWAP
1036 unsigned long arch_max_swapfile_size(void)
1037 {
1038         unsigned long pages;
1039
1040         pages = generic_max_swapfile_size();
1041
1042         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1043                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1044                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1045                 /*
1046                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1047                  * which makes the usable limit higher.
1048                  */
1049 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1050                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1051 #endif
1052                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1053         }
1054         return pages;
1055 }
1056 #endif
1057
1058 #ifdef CONFIG_EXECMEM
1059 static struct execmem_info execmem_info __ro_after_init;
1060
1061 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_EXECMEM_ROX
1062 void execmem_fill_trapping_insns(void *ptr, size_t size, bool writeable)
1063 {
1064         /* fill memory with INT3 instructions */
1065         if (writeable)
1066                 memset(ptr, INT3_INSN_OPCODE, size);
1067         else
1068                 text_poke_set(ptr, INT3_INSN_OPCODE, size);
1069 }
1070 #endif
1071
1072 struct execmem_info __init *execmem_arch_setup(void)
1073 {
1074         unsigned long start, offset = 0;
1075         enum execmem_range_flags flags;
1076         pgprot_t pgprot;
1077
1078         if (kaslr_enabled())
1079                 offset = get_random_u32_inclusive(1, 1024) * PAGE_SIZE;
1080
1081         start = MODULES_VADDR + offset;
1082
1083         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_EXECMEM_ROX) &&
1084             cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PSE)) {
1085                 pgprot = PAGE_KERNEL_ROX;
1086                 flags = EXECMEM_KASAN_SHADOW | EXECMEM_ROX_CACHE;
1087         } else {
1088                 pgprot = PAGE_KERNEL;
1089                 flags = EXECMEM_KASAN_SHADOW;
1090         }
1091
1092         execmem_info = (struct execmem_info){
1093                 .ranges = {
1094                         [EXECMEM_MODULE_TEXT] = {
1095                                 .flags  = flags,
1096                                 .start  = start,
1097                                 .end    = MODULES_END,
1098                                 .pgprot = pgprot,
1099                                 .alignment = MODULE_ALIGN,
1100                         },
1101                         [EXECMEM_KPROBES ... EXECMEM_BPF] = {
1102                                 .flags  = EXECMEM_KASAN_SHADOW,
1103                                 .start  = start,
1104                                 .end    = MODULES_END,
1105                                 .pgprot = PAGE_KERNEL,
1106                                 .alignment = MODULE_ALIGN,
1107                         },
1108                         [EXECMEM_MODULE_DATA] = {
1109                                 .flags  = EXECMEM_KASAN_SHADOW,
1110                                 .start  = start,
1111                                 .end    = MODULES_END,
1112                                 .pgprot = PAGE_KERNEL,
1113                                 .alignment = MODULE_ALIGN,
1114                         },
1115                 },
1116         };
1117
1118         return &execmem_info;
1119 }
1120 #endif /* CONFIG_EXECMEM */
This page took 0.090845 seconds and 4 git commands to generate.