arch/s390/boot/startup.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 #include <linux/string.h>
   3 #include <linux/elf.h>
   4 #include <asm/boot_data.h>
   5 #include <asm/sections.h>
   6 #include <asm/maccess.h>
   7 #include <asm/cpu_mf.h>
   8 #include <asm/setup.h>
   9 #include <asm/kasan.h>
  10 #include <asm/kexec.h>
  11 #include <asm/sclp.h>
  12 #include <asm/diag.h>
  13 #include <asm/uv.h>
  14 #include <asm/abs_lowcore.h>
  15 #include <asm/mem_detect.h>
  16 #include "decompressor.h"
  17 #include "boot.h"
  18 #include "uv.h"
  19
  20 unsigned long __bootdata_preserved(__kaslr_offset);
  21 unsigned long __bootdata_preserved(__abs_lowcore);
  22 unsigned long __bootdata_preserved(__memcpy_real_area);
  23 pte_t *__bootdata_preserved(memcpy_real_ptep);
  24 unsigned long __bootdata(__amode31_base);
  25 unsigned long __bootdata_preserved(VMALLOC_START);
  26 unsigned long __bootdata_preserved(VMALLOC_END);
  27 struct page *__bootdata_preserved(vmemmap);
  28 unsigned long __bootdata_preserved(vmemmap_size);
  29 unsigned long __bootdata_preserved(MODULES_VADDR);
  30 unsigned long __bootdata_preserved(MODULES_END);
  31 unsigned long __bootdata(ident_map_size);
  32 int __bootdata(is_full_image) = 1;
  33 struct initrd_data __bootdata(initrd_data);
  34
  35 u64 __bootdata_preserved(stfle_fac_list[16]);
  36 u64 __bootdata_preserved(alt_stfle_fac_list[16]);
  37 struct oldmem_data __bootdata_preserved(oldmem_data);
  38
  39 struct machine_info machine;
  40
  41 void error(char *x)
  42 {
  43         sclp_early_printk("\n\n");
  44         sclp_early_printk(x);
  45         sclp_early_printk("\n\n -- System halted");
  46
  47         disabled_wait();
  48 }
  49
  50 static void detect_facilities(void)
  51 {
  52         if (test_facility(8)) {
  53                 machine.has_edat1 = 1;
  54                 __ctl_set_bit(0, 23);
  55         }
  56         if (test_facility(78))
  57                 machine.has_edat2 = 1;
  58         if (!noexec_disabled && test_facility(130)) {
  59                 machine.has_nx = 1;
  60                 __ctl_set_bit(0, 20);
  61         }
  62 }
  63
  64 static void setup_lpp(void)
  65 {
  66         S390_lowcore.current_pid = 0;
  67         S390_lowcore.lpp = LPP_MAGIC;
  68         if (test_facility(40))
  69                 lpp(&S390_lowcore.lpp);
  70 }
  71
  72 #ifdef CONFIG_KERNEL_UNCOMPRESSED
  73 unsigned long mem_safe_offset(void)
  74 {
  75         return vmlinux.default_lma + vmlinux.image_size + vmlinux.bss_size;
  76 }
  77 #endif
  78
  79 static unsigned long rescue_initrd(unsigned long safe_addr)
  80 {
  81         if (!IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD))
  82                 return safe_addr;
  83         if (!initrd_data.start || !initrd_data.size)
  84                 return safe_addr;
  85         if (initrd_data.start < safe_addr) {
  86                 memmove((void *)safe_addr, (void *)initrd_data.start, initrd_data.size);
  87                 initrd_data.start = safe_addr;
  88         }
  89         return initrd_data.start + initrd_data.size;
  90 }
  91
  92 static void copy_bootdata(void)
  93 {
  94         if (__boot_data_end - __boot_data_start != vmlinux.bootdata_size)
  95                 error(".boot.data section size mismatch");
  96         memcpy((void *)vmlinux.bootdata_off, __boot_data_start, vmlinux.bootdata_size);
  97         if (__boot_data_preserved_end - __boot_data_preserved_start != vmlinux.bootdata_preserved_size)
  98                 error(".boot.preserved.data section size mismatch");
  99         memcpy((void *)vmlinux.bootdata_preserved_off, __boot_data_preserved_start, vmlinux.bootdata_preserved_size);
 100 }
 101
 102 static void handle_relocs(unsigned long offset)
 103 {
 104         Elf64_Rela *rela_start, *rela_end, *rela;
 105         int r_type, r_sym, rc;
 106         Elf64_Addr loc, val;
 107         Elf64_Sym *dynsym;
 108
 109         rela_start = (Elf64_Rela *) vmlinux.rela_dyn_start;
 110         rela_end = (Elf64_Rela *) vmlinux.rela_dyn_end;
 111         dynsym = (Elf64_Sym *) vmlinux.dynsym_start;
 112         for (rela = rela_start; rela < rela_end; rela++) {
 113                 loc = rela->r_offset + offset;
 114                 val = rela->r_addend;
 115                 r_sym = ELF64_R_SYM(rela->r_info);
 116                 if (r_sym) {
 117                         if (dynsym[r_sym].st_shndx != SHN_UNDEF)
 118                                 val += dynsym[r_sym].st_value + offset;
 119                 } else {
 120                         /*
 121                          * 0 == undefined symbol table index (STN_UNDEF),
 122                          * used for R_390_RELATIVE, only add KASLR offset
 123                          */
 124                         val += offset;
 125                 }
 126                 r_type = ELF64_R_TYPE(rela->r_info);
 127                 rc = arch_kexec_do_relocs(r_type, (void *) loc, val, 0);
 128                 if (rc)
 129                         error("Unknown relocation type");
 130         }
 131 }
 132
 133 /*
 134  * Merge information from several sources into a single ident_map_size value.
 135  * "ident_map_size" represents the upper limit of physical memory we may ever
 136  * reach. It might not be all online memory, but also include standby (offline)
 137  * memory. "ident_map_size" could be lower then actual standby or even online
 138  * memory present, due to limiting factors. We should never go above this limit.
 139  * It is the size of our identity mapping.
 140  *
 141  * Consider the following factors:
 142  * 1. max_physmem_end - end of physical memory online or standby.
 143  *    Always <= end of the last online memory block (get_mem_detect_end()).
 144  * 2. CONFIG_MAX_PHYSMEM_BITS - the maximum size of physical memory the
 145  *    kernel is able to support.
 146  * 3. "mem=" kernel command line option which limits physical memory usage.
 147  * 4. OLDMEM_BASE which is a kdump memory limit when the kernel is executed as
 148  *    crash kernel.
 149  * 5. "hsa" size which is a memory limit when the kernel is executed during
 150  *    zfcp/nvme dump.
 151  */
 152 static void setup_ident_map_size(unsigned long max_physmem_end)
 153 {
 154         unsigned long hsa_size;
 155
 156         ident_map_size = max_physmem_end;
 157         if (memory_limit)
 158                 ident_map_size = min(ident_map_size, memory_limit);
 159         ident_map_size = min(ident_map_size, 1UL << MAX_PHYSMEM_BITS);
 160
 161 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 162         if (oldmem_data.start) {
 163                 kaslr_enabled = 0;
 164                 ident_map_size = min(ident_map_size, oldmem_data.size);
 165         } else if (ipl_block_valid && is_ipl_block_dump()) {
 166                 kaslr_enabled = 0;
 167                 if (!sclp_early_get_hsa_size(&hsa_size) && hsa_size)
 168                         ident_map_size = min(ident_map_size, hsa_size);
 169         }
 170 #endif
 171 }
 172
 173 static unsigned long setup_kernel_memory_layout(void)
 174 {
 175         unsigned long vmemmap_start;
 176         unsigned long asce_limit;
 177         unsigned long rte_size;
 178         unsigned long pages;
 179         unsigned long vmax;
 180
 181         pages = ident_map_size / PAGE_SIZE;
 182         /* vmemmap contains a multiple of PAGES_PER_SECTION struct pages */
 183         vmemmap_size = SECTION_ALIGN_UP(pages) * sizeof(struct page);
 184
 185         /* choose kernel address space layout: 4 or 3 levels. */
 186         vmemmap_start = round_up(ident_map_size, _REGION3_SIZE);
 187         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN) ||
 188             vmalloc_size > _REGION2_SIZE ||
 189             vmemmap_start + vmemmap_size + vmalloc_size + MODULES_LEN >
 190                     _REGION2_SIZE) {
 191                 asce_limit = _REGION1_SIZE;
 192                 rte_size = _REGION2_SIZE;
 193         } else {
 194                 asce_limit = _REGION2_SIZE;
 195                 rte_size = _REGION3_SIZE;
 196         }
 197         /*
 198          * forcing modules and vmalloc area under the ultravisor
 199          * secure storage limit, so that any vmalloc allocation
 200          * we do could be used to back secure guest storage.
 201          */
 202         vmax = adjust_to_uv_max(asce_limit);
 203 #ifdef CONFIG_KASAN
 204         /* force vmalloc and modules below kasan shadow */
 205         vmax = min(vmax, KASAN_SHADOW_START);
 206 #endif
 207         __memcpy_real_area = round_down(vmax - PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 208         __abs_lowcore = round_down(__memcpy_real_area - ABS_LOWCORE_MAP_SIZE,
 209                                    sizeof(struct lowcore));
 210         MODULES_END = round_down(__abs_lowcore, _SEGMENT_SIZE);
 211         MODULES_VADDR = MODULES_END - MODULES_LEN;
 212         VMALLOC_END = MODULES_VADDR;
 213
 214         /* allow vmalloc area to occupy up to about 1/2 of the rest virtual space left */
 215         vmalloc_size = min(vmalloc_size, round_down(VMALLOC_END / 2, _REGION3_SIZE));
 216         VMALLOC_START = VMALLOC_END - vmalloc_size;
 217
 218         /* split remaining virtual space between 1:1 mapping & vmemmap array */
 219         pages = VMALLOC_START / (PAGE_SIZE + sizeof(struct page));
 220         pages = SECTION_ALIGN_UP(pages);
 221         /* keep vmemmap_start aligned to a top level region table entry */
 222         vmemmap_start = round_down(VMALLOC_START - pages * sizeof(struct page), rte_size);
 223         /* vmemmap_start is the future VMEM_MAX_PHYS, make sure it is within MAX_PHYSMEM */
 224         vmemmap_start = min(vmemmap_start, 1UL << MAX_PHYSMEM_BITS);
 225         /* make sure identity map doesn't overlay with vmemmap */
 226         ident_map_size = min(ident_map_size, vmemmap_start);
 227         vmemmap_size = SECTION_ALIGN_UP(ident_map_size / PAGE_SIZE) * sizeof(struct page);
 228         /* make sure vmemmap doesn't overlay with vmalloc area */
 229         VMALLOC_START = max(vmemmap_start + vmemmap_size, VMALLOC_START);
 230         vmemmap = (struct page *)vmemmap_start;
 231
 232         return asce_limit;
 233 }
 234
 235 /*
 236  * This function clears the BSS section of the decompressed Linux kernel and NOT the decompressor's.
 237  */
 238 static void clear_bss_section(void)
 239 {
 240         memset((void *)vmlinux.default_lma + vmlinux.image_size, 0, vmlinux.bss_size);
 241 }
 242
 243 /*
 244  * Set vmalloc area size to an 8th of (potential) physical memory
 245  * size, unless size has been set by kernel command line parameter.
 246  */
 247 static void setup_vmalloc_size(void)
 248 {
 249         unsigned long size;
 250
 251         if (vmalloc_size_set)
 252                 return;
 253         size = round_up(ident_map_size / 8, _SEGMENT_SIZE);
 254         vmalloc_size = max(size, vmalloc_size);
 255 }
 256
 257 static void offset_vmlinux_info(unsigned long offset)
 258 {
 259         vmlinux.default_lma += offset;
 260         *(unsigned long *)(&vmlinux.entry) += offset;
 261         vmlinux.bootdata_off += offset;
 262         vmlinux.bootdata_preserved_off += offset;
 263         vmlinux.rela_dyn_start += offset;
 264         vmlinux.rela_dyn_end += offset;
 265         vmlinux.dynsym_start += offset;
 266         vmlinux.init_mm_off += offset;
 267         vmlinux.swapper_pg_dir_off += offset;
 268         vmlinux.invalid_pg_dir_off += offset;
 269 }
 270
 271 static unsigned long reserve_amode31(unsigned long safe_addr)
 272 {
 273         __amode31_base = PAGE_ALIGN(safe_addr);
 274         return __amode31_base + vmlinux.amode31_size;
 275 }
 276
 277 void startup_kernel(void)
 278 {
 279         unsigned long max_physmem_end;
 280         unsigned long random_lma;
 281         unsigned long safe_addr;
 282         unsigned long asce_limit;
 283         void *img;
 284         psw_t psw;
 285
 286         initrd_data.start = parmarea.initrd_start;
 287         initrd_data.size = parmarea.initrd_size;
 288         oldmem_data.start = parmarea.oldmem_base;
 289         oldmem_data.size = parmarea.oldmem_size;
 290
 291         setup_lpp();
 292         store_ipl_parmblock();
 293         safe_addr = mem_safe_offset();
 294         safe_addr = reserve_amode31(safe_addr);
 295         safe_addr = read_ipl_report(safe_addr);
 296         uv_query_info();
 297         safe_addr = rescue_initrd(safe_addr);
 298         sclp_early_read_info();
 299         setup_boot_command_line();
 300         parse_boot_command_line();
 301         detect_facilities();
 302         sanitize_prot_virt_host();
 303         max_physmem_end = detect_memory(&safe_addr);
 304         setup_ident_map_size(max_physmem_end);
 305         setup_vmalloc_size();
 306         asce_limit = setup_kernel_memory_layout();
 307         mem_detect_set_usable_limit(ident_map_size);
 308
 309         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE) && kaslr_enabled) {
 310                 random_lma = get_random_base(safe_addr);
 311                 if (random_lma) {
 312                         __kaslr_offset = random_lma - vmlinux.default_lma;
 313                         img = (void *)vmlinux.default_lma;
 314                         offset_vmlinux_info(__kaslr_offset);
 315                 }
 316         }
 317
 318         if (!IS_ENABLED(CONFIG_KERNEL_UNCOMPRESSED)) {
 319                 img = decompress_kernel();
 320                 memmove((void *)vmlinux.default_lma, img, vmlinux.image_size);
 321         } else if (__kaslr_offset)
 322                 memcpy((void *)vmlinux.default_lma, img, vmlinux.image_size);
 323
 324         /*
 325          * The order of the following operations is important:
 326          *
 327          * - handle_relocs() must follow clear_bss_section() to establish static
 328          *   memory references to data in .bss to be used by setup_vmem()
 329          *   (i.e init_mm.pgd)
 330          *
 331          * - setup_vmem() must follow handle_relocs() to be able using
 332          *   static memory references to data in .bss (i.e init_mm.pgd)
 333          *
 334          * - copy_bootdata() must follow setup_vmem() to propagate changes to
 335          *   bootdata made by setup_vmem()
 336          */
 337         clear_bss_section();
 338         handle_relocs(__kaslr_offset);
 339         setup_vmem(asce_limit);
 340         copy_bootdata();
 341
 342         if (__kaslr_offset) {
 343                 /*
 344                  * Save KASLR offset for early dumps, before vmcore_info is set.
 345                  * Mark as uneven to distinguish from real vmcore_info pointer.
 346                  */
 347                 S390_lowcore.vmcore_info = __kaslr_offset | 0x1UL;
 348                 /* Clear non-relocated kernel */
 349                 if (IS_ENABLED(CONFIG_KERNEL_UNCOMPRESSED))
 350                         memset(img, 0, vmlinux.image_size);
 351         }
 352
 353         /*
 354          * Jump to the decompressed kernel entry point and switch DAT mode on.
 355          */
 356         psw.addr = vmlinux.entry;
 357         psw.mask = PSW_KERNEL_BITS;
 358         __load_psw(psw);
 359 }