arch/arm64/mm/init.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Based on arch/arm/mm/init.c
   4  *
   5  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   6  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
   7  */
   8
   9 #include <linux/kernel.h>
  10 #include <linux/export.h>
  11 #include <linux/errno.h>
  12 #include <linux/swap.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/cache.h>
  15 #include <linux/mman.h>
  16 #include <linux/nodemask.h>
  17 #include <linux/initrd.h>
  18 #include <linux/gfp.h>
  19 #include <linux/memblock.h>
  20 #include <linux/sort.h>
  21 #include <linux/of.h>
  22 #include <linux/of_fdt.h>
  23 #include <linux/dma-mapping.h>
  24 #include <linux/dma-contiguous.h>
  25 #include <linux/efi.h>
  26 #include <linux/swiotlb.h>
  27 #include <linux/vmalloc.h>
  28 #include <linux/mm.h>
  29 #include <linux/kexec.h>
  30 #include <linux/crash_dump.h>
  31
  32 #include <asm/boot.h>
  33 #include <asm/fixmap.h>
  34 #include <asm/kasan.h>
  35 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  36 #include <asm/memory.h>
  37 #include <asm/numa.h>
  38 #include <asm/sections.h>
  39 #include <asm/setup.h>
  40 #include <linux/sizes.h>
  41 #include <asm/tlb.h>
  42 #include <asm/alternative.h>
  43
  44 /*
  45  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  46  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  47  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  48  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  49  */
  50 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
  51 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  52
  53 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  54
  55 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  56 /*
  57  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  58  *
  59  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  60  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  61  * primary kernel is crashing.
  62  */
  63 static void __init reserve_crashkernel(void)
  64 {
  65         unsigned long long crash_base, crash_size;
  66         int ret;
  67
  68         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  69                                 &crash_size, &crash_base);
  70         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  71         if (ret || !crash_size)
  72                 return;
  73
  74         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  75
  76         if (crash_base == 0) {
  77                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  78                 crash_base = memblock_find_in_range(0, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT,
  79                                 crash_size, SZ_2M);
  80                 if (crash_base == 0) {
  81                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  82                                 crash_size);
  83                         return;
  84                 }
  85         } else {
  86                 /* User specifies base address explicitly. */
  87                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
  88                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
  89                         return;
  90                 }
  91
  92                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
  93                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
  94                         return;
  95                 }
  96
  97                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
  98                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
  99                         return;
 100                 }
 101         }
 102         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
 103
 104         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 105                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 106
 107         crashk_res.start = crash_base;
 108         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 109 }
 110 #else
 111 static void __init reserve_crashkernel(void)
 112 {
 113 }
 114 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 115
 116 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 117 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 118                 const char *uname, int depth, void *data)
 119 {
 120         const __be32 *reg;
 121         int len;
 122
 123         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 124                 return 0;
 125
 126         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 127         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 128                 return 1;
 129
 130         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 131         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 132
 133         return 1;
 134 }
 135
 136 /*
 137  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 138  *
 139  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 140  * described in the device tree. This region contains all the
 141  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 142  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 143  */
 144 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 145 {
 146         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 147
 148         if (!elfcorehdr_size)
 149                 return;
 150
 151         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 152                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 153                 return;
 154         }
 155
 156         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 157
 158         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 159                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 160 }
 161 #else
 162 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 163 {
 164 }
 165 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 166 /*
 167  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA32 (DMA_BIT_MASK(32)). It
 168  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
 169  * use a DMA offset.
 170  */
 171 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
 172 {
 173         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
 174         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
 175 }
 176
 177 #ifdef CONFIG_NUMA
 178
 179 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 180 {
 181         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 182
 183         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 184                 max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
 185         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 186
 187         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 188 }
 189
 190 #else
 191
 192 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 193 {
 194         struct memblock_region *reg;
 195         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 196         unsigned long max_dma = min;
 197
 198         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 199
 200         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 201 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 202         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 203         zone_size[ZONE_DMA32] = max_dma - min;
 204 #endif
 205         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
 206
 207         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
 208
 209         for_each_memblock(memory, reg) {
 210                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
 211                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
 212
 213                 if (start >= max)
 214                         continue;
 215
 216 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 217                 if (start < max_dma) {
 218                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
 219                         zhole_size[ZONE_DMA32] -= dma_end - start;
 220                 }
 221 #endif
 222                 if (end > max_dma) {
 223                         unsigned long normal_end = min(end, max);
 224                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
 225                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
 226                 }
 227         }
 228
 229         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
 230 }
 231
 232 #endif /* CONFIG_NUMA */
 233
 234 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 235 {
 236         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
 237
 238         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
 239                 return 0;
 240
 241 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 242         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 243                 return 0;
 244
 245         if (!valid_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn))))
 246                 return 0;
 247 #endif
 248         return memblock_is_map_memory(addr);
 249 }
 250 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 251
 252 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 253
 254 /*
 255  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 256  */
 257 static int __init early_mem(char *p)
 258 {
 259         if (!p)
 260                 return 1;
 261
 262         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 263         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 264
 265         return 0;
 266 }
 267 early_param("mem", early_mem);
 268
 269 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 270                 const char *uname, int depth, void *data)
 271 {
 272         struct memblock_region *usablemem = data;
 273         const __be32 *reg;
 274         int len;
 275
 276         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 277                 return 0;
 278
 279         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 280         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 281                 return 1;
 282
 283         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 284         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 285
 286         return 1;
 287 }
 288
 289 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 290 {
 291         struct memblock_region reg = {
 292                 .size = 0,
 293         };
 294
 295         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 296
 297         if (reg.size)
 298                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 299 }
 300
 301 void __init arm64_memblock_init(void)
 302 {
 303         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
 304
 305         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 306         fdt_enforce_memory_region();
 307
 308         /* Remove memory above our supported physical address size */
 309         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 310
 311         /*
 312          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
 313          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
 314          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
 315          */
 316         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
 317
 318         /*
 319          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 320          */
 321         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 322                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 323
 324         /*
 325          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 326          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 327          * high in memory.
 328          */
 329         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 330                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 331         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 332                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 333                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 334                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 335                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 336         }
 337
 338         /*
 339          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 340          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 341          * via the linear mapping.
 342          */
 343         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 344                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 345                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 346         }
 347
 348         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 349                 /*
 350                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 351                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 352                  * Otherwise, this is a no-op
 353                  */
 354                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 355                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
 356
 357                 /*
 358                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 359                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 360                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 361                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 362                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 363                  * always access both.
 364                  */
 365                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 366                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 367                                        linear_region_size,
 368                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 369                         phys_initrd_size = 0;
 370                 } else {
 371                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 372                         memblock_add(base, size);
 373                         memblock_reserve(base, size);
 374                 }
 375         }
 376
 377         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 378                 extern u16 memstart_offset_seed;
 379                 u64 range = linear_region_size -
 380                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
 381
 382                 /*
 383                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 384                  * margin, the size of the region that the available physical
 385                  * memory spans, randomize the linear region as well.
 386                  */
 387                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 388                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 389                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 390                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 391                 }
 392         }
 393
 394         /*
 395          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 396          * pagetables with memblock.
 397          */
 398         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
 399         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 400                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 401                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 402                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 403         }
 404
 405         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 406
 407         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 408         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 409                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
 410         else
 411                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 412
 413         reserve_crashkernel();
 414
 415         reserve_elfcorehdr();
 416
 417         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 418
 419         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 420 }
 421
 422 void __init bootmem_init(void)
 423 {
 424         unsigned long min, max;
 425
 426         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 427         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 428
 429         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 430
 431         max_pfn = max_low_pfn = max;
 432         min_low_pfn = min;
 433
 434         arm64_numa_init();
 435         /*
 436          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
 437          * done after the fixed reservations.
 438          */
 439         memblocks_present();
 440
 441         sparse_init();
 442         zone_sizes_init(min, max);
 443
 444         memblock_dump_all();
 445 }
 446
 447 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 448 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 449 {
 450         struct page *start_pg, *end_pg;
 451         unsigned long pg, pgend;
 452
 453         /*
 454          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 455          */
 456         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 457         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 458
 459         /*
 460          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
 461          * downwards.
 462          */
 463         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 464         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 465
 466         /*
 467          * If there are free pages between these, free the section of the
 468          * memmap array.
 469          */
 470         if (pg < pgend)
 471                 memblock_free(pg, pgend - pg);
 472 }
 473
 474 /*
 475  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
 476  */
 477 static void __init free_unused_memmap(void)
 478 {
 479         unsigned long start, prev_end = 0;
 480         struct memblock_region *reg;
 481
 482         for_each_memblock(memory, reg) {
 483                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
 484
 485 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 486                 /*
 487                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
 488                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
 489                  */
 490                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 491 #endif
 492                 /*
 493                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
 494                  * current bank and the previous, free it.
 495                  */
 496                 if (prev_end && prev_end < start)
 497                         free_memmap(prev_end, start);
 498
 499                 /*
 500                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 501                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 502                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 503                  */
 504                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
 505                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
 506         }
 507
 508 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 509         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 510                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 511 #endif
 512 }
 513 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 514
 515 /*
 516  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 517  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 518  * memory after the kernel image.
 519  */
 520 void __init mem_init(void)
 521 {
 522         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 523             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
 524                 swiotlb_init(1);
 525         else
 526                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 527
 528         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
 529
 530 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 531         free_unused_memmap();
 532 #endif
 533         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 534         memblock_free_all();
 535
 536         mem_init_print_info(NULL);
 537
 538         /*
 539          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 540          * detected at build time already.
 541          */
 542 #ifdef CONFIG_COMPAT
 543         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 544 #endif
 545
 546         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 547                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 548                 /*
 549                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 550                  * overcommit, so turn it on by default.
 551                  */
 552                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 553         }
 554 }
 555
 556 void free_initmem(void)
 557 {
 558         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 559                            lm_alias(__init_end),
 560                            0, "unused kernel");
 561         /*
 562          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 563          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 564          * is not supported by kallsyms.
 565          */
 566         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 567 }
 568
 569 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 570 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 571 {
 572         free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
 573         memblock_free(__virt_to_phys(start), end - start);
 574 }
 575 #endif
 576
 577 /*
 578  * Dump out memory limit information on panic.
 579  */
 580 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
 581 {
 582         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 583                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 584         } else {
 585                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 586         }
 587         return 0;
 588 }
 589
 590 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
 591         .notifier_call = dump_mem_limit,
 592 };
 593
 594 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
 595 {
 596         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
 597                                        &mem_limit_notifier);
 598         return 0;
 599 }
 600 __initcall(register_mem_limit_dumper);