112d3b98a3b66007e6eef26b6f9dbe0f004cbfbc
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / x86 / mm / init.c
1 #include <linux/gfp.h>
2 #include <linux/initrd.h>
3 #include <linux/ioport.h>
4 #include <linux/swap.h>
5 #include <linux/memblock.h>
6 #include <linux/swapfile.h>
7 #include <linux/swapops.h>
8 #include <linux/kmemleak.h>
9 #include <linux/sched/task.h>
10
11 #include <asm/set_memory.h>
12 #include <asm/e820/api.h>
13 #include <asm/init.h>
14 #include <asm/page.h>
15 #include <asm/page_types.h>
16 #include <asm/sections.h>
17 #include <asm/setup.h>
18 #include <asm/tlbflush.h>
19 #include <asm/tlb.h>
20 #include <asm/proto.h>
21 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
22 #include <asm/microcode.h>
23 #include <asm/kaslr.h>
24 #include <asm/hypervisor.h>
25 #include <asm/cpufeature.h>
26 #include <asm/pti.h>
27 #include <asm/text-patching.h>
28
29 /*
30  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
31  * is only compied when SMP=y.
32  */
33 #define CREATE_TRACE_POINTS
34 #include <trace/events/tlb.h>
35
36 #include "mm_internal.h"
37
38 /*
39  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
40  *
41  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
42  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
43  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
44  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
45  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
46  *
47  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
48  *
49  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
50  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
51  */
52 static uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
53         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
54         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
55         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
57         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
58         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
59 };
60
61 unsigned long cachemode2protval(enum page_cache_mode pcm)
62 {
63         if (likely(pcm == 0))
64                 return 0;
65         return __cachemode2pte_tbl[pcm];
66 }
67 EXPORT_SYMBOL(cachemode2protval);
68
69 static uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
70         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
71         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
72         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
73         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
74         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
75         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
76         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
77         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
78 };
79
80 /* Check that the write-protect PAT entry is set for write-protect */
81 bool x86_has_pat_wp(void)
82 {
83         return __pte2cachemode_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_WP] == _PAGE_CACHE_MODE_WP;
84 }
85
86 enum page_cache_mode pgprot2cachemode(pgprot_t pgprot)
87 {
88         unsigned long masked;
89
90         masked = pgprot_val(pgprot) & _PAGE_CACHE_MASK;
91         if (likely(masked == 0))
92                 return 0;
93         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(masked)];
94 }
95
96 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
97 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
98 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
99
100 static unsigned long min_pfn_mapped;
101
102 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
103
104 /*
105  * Pages returned are already directly mapped.
106  *
107  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
108  *
109  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
110  *
111  * for detailed information.
112  */
113 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
114 {
115         unsigned long pfn;
116         int i;
117
118         if (after_bootmem) {
119                 unsigned int order;
120
121                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
122                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
123         }
124
125         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
126                 unsigned long ret = 0;
127
128                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
129                         ret = memblock_find_in_range(
130                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
131                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
132                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
133                 }
134                 if (ret)
135                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
136                 else if (can_use_brk_pgt)
137                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
138
139                 if (!ret)
140                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
141
142                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
143         } else {
144                 pfn = pgt_buf_end;
145                 pgt_buf_end += num;
146         }
147
148         for (i = 0; i < num; i++) {
149                 void *adr;
150
151                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
152                 clear_page(adr);
153         }
154
155         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
156 }
157
158 /*
159  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
160  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
161  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
162  * randomization is enabled.
163  */
164 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
165 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
166 #else
167 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
168 #endif
169 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
170 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
171 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
172 {
173         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
174         phys_addr_t base;
175
176         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
177
178         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
179         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
180         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
181 }
182
183 int after_bootmem;
184
185 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
186
187 struct map_range {
188         unsigned long start;
189         unsigned long end;
190         unsigned page_size_mask;
191 };
192
193 static int page_size_mask;
194
195 /*
196  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
197  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
198  * up after us can get the correct flags. Invoked on the boot CPU.
199  */
200 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
201 {
202         mmu_cr4_features |= mask;
203         if (trampoline_cr4_features)
204                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
205         cr4_set_bits(mask);
206 }
207
208 static void __init probe_page_size_mask(void)
209 {
210         /*
211          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
212          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
213          * large pages into small in interrupt context, etc.
214          */
215         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
216                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
217         else
218                 direct_gbpages = 0;
219
220         /* Enable PSE if available */
221         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
222                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
223
224         /* Enable PGE if available */
225         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
226         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
227                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
228                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
229         }
230
231         /* By the default is everything supported: */
232         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
233         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
234         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
235                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
236
237         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
238         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
239                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
240                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
241         } else {
242                 direct_gbpages = 0;
243         }
244 }
245
246 static void setup_pcid(void)
247 {
248         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
249                 return;
250
251         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
252                 return;
253
254         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
255                 /*
256                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
257                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
258                  * do any good anyway.  Despite the name,
259                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
260                  * the bits in question to remain set all the way through
261                  * the secondary boot asm.
262                  *
263                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
264                  * start_secondary().
265                  */
266                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
267
268                 /*
269                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
270                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
271                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
272                  * no INVPCID support at all.
273                  */
274                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
275                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
276         } else {
277                 /*
278                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
279                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
280                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
281                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
282                  * data if we're on an improperly configured VM.
283                  */
284                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
285         }
286 }
287
288 #ifdef CONFIG_X86_32
289 #define NR_RANGE_MR 3
290 #else /* CONFIG_X86_64 */
291 #define NR_RANGE_MR 5
292 #endif
293
294 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
295                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
296                              unsigned long page_size_mask)
297 {
298         if (start_pfn < end_pfn) {
299                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
300                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
301                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
302                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
303                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
304                 nr_range++;
305         }
306
307         return nr_range;
308 }
309
310 /*
311  * adjust the page_size_mask for small range to go with
312  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
313  */
314 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
315                                                          int nr_range)
316 {
317         int i;
318
319         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
320                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
321                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
322                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
323                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
324
325 #ifdef CONFIG_X86_32
326                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
327                                 continue;
328 #endif
329
330                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
331                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
332                 }
333                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
334                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
335                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
336                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
337
338                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
339                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
340                 }
341         }
342 }
343
344 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
345 {
346         static const char str_1g[] = "1G";
347         static const char str_2m[] = "2M";
348         static const char str_4m[] = "4M";
349         static const char str_4k[] = "4k";
350
351         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
352                 return str_1g;
353         /*
354          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
355          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
356          * print out the right size in the string.
357          */
358         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
359             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
360             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
361                 return str_4m;
362
363         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
364                 return str_2m;
365
366         return str_4k;
367 }
368
369 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
370                                      unsigned long start,
371                                      unsigned long end)
372 {
373         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
374         unsigned long pfn;
375         int i;
376
377         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
378
379         /* head if not big page alignment ? */
380         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
381 #ifdef CONFIG_X86_32
382         /*
383          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
384          * because there are often fixed size MTRRs in there
385          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
386          * slowdowns.
387          */
388         if (pfn == 0)
389                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
390         else
391                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
392 #else /* CONFIG_X86_64 */
393         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
394 #endif
395         if (end_pfn > limit_pfn)
396                 end_pfn = limit_pfn;
397         if (start_pfn < end_pfn) {
398                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
399                 pfn = end_pfn;
400         }
401
402         /* big page (2M) range */
403         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
404 #ifdef CONFIG_X86_32
405         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
406 #else /* CONFIG_X86_64 */
407         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
408         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
409                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
410 #endif
411
412         if (start_pfn < end_pfn) {
413                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
414                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
415                 pfn = end_pfn;
416         }
417
418 #ifdef CONFIG_X86_64
419         /* big page (1G) range */
420         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
421         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
422         if (start_pfn < end_pfn) {
423                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
424                                 page_size_mask &
425                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
426                 pfn = end_pfn;
427         }
428
429         /* tail is not big page (1G) alignment */
430         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
431         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
432         if (start_pfn < end_pfn) {
433                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
434                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
435                 pfn = end_pfn;
436         }
437 #endif
438
439         /* tail is not big page (2M) alignment */
440         start_pfn = pfn;
441         end_pfn = limit_pfn;
442         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
443
444         if (!after_bootmem)
445                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
446
447         /* try to merge same page size and continuous */
448         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
449                 unsigned long old_start;
450                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
451                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
452                         continue;
453                 /* move it */
454                 old_start = mr[i].start;
455                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
456                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
457                 mr[i--].start = old_start;
458                 nr_range--;
459         }
460
461         for (i = 0; i < nr_range; i++)
462                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
463                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
464                                 page_size_string(&mr[i]));
465
466         return nr_range;
467 }
468
469 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
470 int nr_pfn_mapped;
471
472 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
473 {
474         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
475                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
476         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
477
478         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
479
480         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
481                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
482                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
483 }
484
485 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
486 {
487         int i;
488
489         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
490                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
491                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
492                         return true;
493
494         return false;
495 }
496
497 /*
498  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
499  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
500  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
501  */
502 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
503                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
504 {
505         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
506         unsigned long ret = 0;
507         int nr_range, i;
508
509         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
510                start, end - 1);
511
512         memset(mr, 0, sizeof(mr));
513         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
514
515         for (i = 0; i < nr_range; i++)
516                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
517                                                    mr[i].page_size_mask,
518                                                    prot);
519
520         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
521
522         return ret >> PAGE_SHIFT;
523 }
524
525 /*
526  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
527  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
528  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
529  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
530  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
531  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
532  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
533  *
534  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
535  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
536  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
537  */
538 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
539                                            unsigned long r_start,
540                                            unsigned long r_end)
541 {
542         unsigned long start_pfn, end_pfn;
543         unsigned long mapped_ram_size = 0;
544         int i;
545
546         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
547                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
548                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
549                 if (start >= end)
550                         continue;
551
552                 /*
553                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
554                  * alloc pgt buf from memblock instead.
555                  */
556                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
557                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
558                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
559                 mapped_ram_size += end - start;
560                 can_use_brk_pgt = true;
561         }
562
563         return mapped_ram_size;
564 }
565
566 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
567 {
568         /*
569          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
570          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
571          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
572          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
573          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
574          * difference of page table level shifts.
575          *
576          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
577          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
578          * turns it into 0x100000000ULL.
579          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
580          * needs to be taken into consideration by the code below.
581          */
582         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
583 }
584
585 /**
586  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
587  * @map_start: start address of the target memory range
588  * @map_end: end address of the target memory range
589  *
590  * This function will setup direct mapping for memory range
591  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
592  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
593  * memory in top-down.
594  */
595 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
596                                        unsigned long map_end)
597 {
598         unsigned long real_end, start, last_start;
599         unsigned long step_size;
600         unsigned long addr;
601         unsigned long mapped_ram_size = 0;
602
603         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
604         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
605         real_end = addr + PMD_SIZE;
606
607         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
608         step_size = PMD_SIZE;
609         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
610         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
611         last_start = start = real_end;
612
613         /*
614          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
615          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
616          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
617          * for page table.
618          */
619         while (last_start > map_start) {
620                 if (last_start > step_size) {
621                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
622                         if (start < map_start)
623                                 start = map_start;
624                 } else
625                         start = map_start;
626                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
627                                                         last_start);
628                 last_start = start;
629                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
630                 if (mapped_ram_size >= step_size)
631                         step_size = get_new_step_size(step_size);
632         }
633
634         if (real_end < map_end)
635                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
636 }
637
638 /**
639  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
640  * @map_start: start address of the target memory range
641  * @map_end: end address of the target memory range
642  *
643  * This function will setup direct mapping for memory range
644  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
645  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
646  * be allocated just above the kernel and we map the memory
647  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
648  */
649 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
650                                         unsigned long map_end)
651 {
652         unsigned long next, start;
653         unsigned long mapped_ram_size = 0;
654         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
655         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
656
657         start = map_start;
658         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
659
660         /*
661          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
662          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
663          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
664          * for page table.
665          */
666         while (start < map_end) {
667                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
668                         next = round_up(start + 1, step_size);
669                         if (next > map_end)
670                                 next = map_end;
671                 } else {
672                         next = map_end;
673                 }
674
675                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
676                 start = next;
677
678                 if (mapped_ram_size >= step_size)
679                         step_size = get_new_step_size(step_size);
680         }
681 }
682
683 void __init init_mem_mapping(void)
684 {
685         unsigned long end;
686
687         pti_check_boottime_disable();
688         probe_page_size_mask();
689         setup_pcid();
690
691 #ifdef CONFIG_X86_64
692         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
693 #else
694         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
695 #endif
696
697         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
698         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
699
700         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
701         init_trampoline();
702
703         /*
704          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
705          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
706          */
707         if (memblock_bottom_up()) {
708                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
709
710                 /*
711                  * we need two separate calls here. This is because we want to
712                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
713                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
714                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
715                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
716                  */
717                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
718                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
719         } else {
720                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
721         }
722
723 #ifdef CONFIG_X86_64
724         if (max_pfn > max_low_pfn) {
725                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
726                 max_low_pfn = max_pfn;
727         }
728 #else
729         early_ioremap_page_table_range_init();
730 #endif
731
732         load_cr3(swapper_pg_dir);
733         __flush_tlb_all();
734
735         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
736
737         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
738 }
739
740 /*
741  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
742  * during patching.
743  */
744 void __init poking_init(void)
745 {
746         spinlock_t *ptl;
747         pte_t *ptep;
748
749         poking_mm = copy_init_mm();
750         BUG_ON(!poking_mm);
751
752         /*
753          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
754          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
755          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
756          */
757         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
758         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
759                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
760                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
761
762         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
763                 poking_addr += PAGE_SIZE;
764
765         /*
766          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
767          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
768          * section, which might cause allocation to fail.
769          */
770         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
771         BUG_ON(!ptep);
772         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
773 }
774
775 /*
776  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
777  * is valid. The argument is a physical page number.
778  *
779  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
780  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
781  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
782  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
783  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
784  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
785  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
786  */
787 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
788 {
789         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
790                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
791                         != REGION_DISJOINT) {
792                 /*
793                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
794                  * request that the page be shown as all zeros.
795                  */
796                 if (pagenr < 256)
797                         return 2;
798
799                 return 0;
800         }
801
802         /*
803          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
804          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
805          */
806         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
807                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
808                 if (pagenr < 256)
809                         return 1;
810
811                 return 0;
812         }
813
814         return 1;
815 }
816
817 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
818 {
819         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
820
821         /* Make sure boundaries are page aligned */
822         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
823         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
824
825         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
826                 begin = begin_aligned;
827                 end   = end_aligned;
828         }
829
830         if (begin >= end)
831                 return;
832
833         /*
834          * If debugging page accesses then do not free this memory but
835          * mark them not present - any buggy init-section access will
836          * create a kernel page fault:
837          */
838         if (debug_pagealloc_enabled()) {
839                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
840                         begin, end - 1);
841                 /*
842                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
843                  * corresponding pages will be unmapped.
844                  */
845                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
846                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
847         } else {
848                 /*
849                  * We just marked the kernel text read only above, now that
850                  * we are going to free part of that, we need to make that
851                  * writeable and non-executable first.
852                  */
853                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
854                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
855
856                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
857                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
858         }
859 }
860
861 /*
862  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
863  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
864  * right thing for either kind of address.
865  */
866 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
867 {
868         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
869         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
870         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
871
872         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
873
874         /*
875          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
876          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
877          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
878          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
879          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
880          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
881          * optimizations PTI is currently using.
882          *
883          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
884          * needed to access the freed pages.
885          *
886          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
887          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
888          */
889         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
890                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
891 }
892
893 void __weak mem_encrypt_free_decrypted_mem(void) { }
894
895 void __ref free_initmem(void)
896 {
897         e820__reallocate_tables();
898
899         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
900
901         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
902                                 &__init_begin, &__init_end);
903 }
904
905 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
906 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
907 {
908         /*
909          * end could be not aligned, and We can not align that,
910          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
911          * We already reserve the end partial page before in
912          *   - i386_start_kernel()
913          *   - x86_64_start_kernel()
914          *   - relocate_initrd()
915          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
916          */
917         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
918 }
919 #endif
920
921 /*
922  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
923  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
924  * accurately.
925  *
926  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
927  * might benefit from this as well.
928  */
929 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
930 {
931 #ifdef CONFIG_X86_64
932         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
933         unsigned long start_pfn, end_pfn;
934         phys_addr_t start_addr, end_addr;
935         int i;
936         u64 u;
937
938         /*
939          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
940          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
941          */
942         nr_pages = 0;
943         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
944                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
945                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
946
947                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
948         }
949
950         /*
951          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
952          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
953          * pages at the beginning or the end of the range:
954          */
955         nr_free_pages = 0;
956         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
957                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
958                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
959
960                 if (start_pfn < end_pfn)
961                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
962         }
963
964         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
965 #endif
966 }
967
968 void __init zone_sizes_init(void)
969 {
970         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
971
972         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
973
974 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
975         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
976 #endif
977 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
978         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
979 #endif
980         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
981 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
982         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
983 #endif
984
985         free_area_init(max_zone_pfns);
986 }
987
988 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
989         .loaded_mm = &init_mm,
990         .next_asid = 1,
991         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
992 };
993
994 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
995 {
996         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
997         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
998
999         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
1000         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
1001 }
1002
1003 #ifdef CONFIG_SWAP
1004 unsigned long max_swapfile_size(void)
1005 {
1006         unsigned long pages;
1007
1008         pages = generic_max_swapfile_size();
1009
1010         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1011                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1012                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1013                 /*
1014                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1015                  * which makes the usable limit higher.
1016                  */
1017 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1018                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1019 #endif
1020                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1021         }
1022         return pages;
1023 }
1024 #endif