a573a3e63f02c0e7acfc2be613d24f14506df21b
[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 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 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
61
62 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
63         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
64         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
65         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
66         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
67         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
68         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
69         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
70         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
71 };
72 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
73
74 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
75 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
76 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
77
78 static unsigned long min_pfn_mapped;
79
80 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
81
82 /*
83  * Pages returned are already directly mapped.
84  *
85  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
86  *
87  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
88  *
89  * for detailed information.
90  */
91 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
92 {
93         unsigned long pfn;
94         int i;
95
96         if (after_bootmem) {
97                 unsigned int order;
98
99                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
100                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
101         }
102
103         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
104                 unsigned long ret = 0;
105
106                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
107                         ret = memblock_find_in_range(
108                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
109                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
110                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
111                 }
112                 if (ret)
113                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
114                 else if (can_use_brk_pgt)
115                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
116
117                 if (!ret)
118                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
119
120                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
121         } else {
122                 pfn = pgt_buf_end;
123                 pgt_buf_end += num;
124         }
125
126         for (i = 0; i < num; i++) {
127                 void *adr;
128
129                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
130                 clear_page(adr);
131         }
132
133         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
134 }
135
136 /*
137  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
138  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
139  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
140  * randomization is enabled.
141  */
142 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
143 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
144 #else
145 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
146 #endif
147 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
148 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
149 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
150 {
151         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
152         phys_addr_t base;
153
154         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
155
156         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
157         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
158         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
159 }
160
161 int after_bootmem;
162
163 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
164
165 struct map_range {
166         unsigned long start;
167         unsigned long end;
168         unsigned page_size_mask;
169 };
170
171 static int page_size_mask;
172
173 static void __init probe_page_size_mask(void)
174 {
175         /*
176          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
177          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
178          * large pages into small in interrupt context, etc.
179          */
180         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
181                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
182         else
183                 direct_gbpages = 0;
184
185         /* Enable PSE if available */
186         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
187                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
188
189         /* Enable PGE if available */
190         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
191         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
192                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
193                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
194         }
195
196         /* By the default is everything supported: */
197         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
198         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
199         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
200                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
201
202         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
203         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
204                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
205                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
206         } else {
207                 direct_gbpages = 0;
208         }
209 }
210
211 static void setup_pcid(void)
212 {
213         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
214                 return;
215
216         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
217                 return;
218
219         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
220                 /*
221                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
222                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
223                  * do any good anyway.  Despite the name,
224                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
225                  * the bits in question to remain set all the way through
226                  * the secondary boot asm.
227                  *
228                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
229                  * start_secondary().
230                  */
231                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
232
233                 /*
234                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
235                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
236                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
237                  * no INVPCID support at all.
238                  */
239                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
240                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
241         } else {
242                 /*
243                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
244                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
245                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
246                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
247                  * data if we're on an improperly configured VM.
248                  */
249                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
250         }
251 }
252
253 #ifdef CONFIG_X86_32
254 #define NR_RANGE_MR 3
255 #else /* CONFIG_X86_64 */
256 #define NR_RANGE_MR 5
257 #endif
258
259 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
260                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
261                              unsigned long page_size_mask)
262 {
263         if (start_pfn < end_pfn) {
264                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
265                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
266                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
267                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
268                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
269                 nr_range++;
270         }
271
272         return nr_range;
273 }
274
275 /*
276  * adjust the page_size_mask for small range to go with
277  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
278  */
279 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
280                                                          int nr_range)
281 {
282         int i;
283
284         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
285                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
286                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
287                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
288                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
289
290 #ifdef CONFIG_X86_32
291                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
292                                 continue;
293 #endif
294
295                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
296                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
297                 }
298                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
299                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
300                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
301                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
302
303                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
304                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
305                 }
306         }
307 }
308
309 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
310 {
311         static const char str_1g[] = "1G";
312         static const char str_2m[] = "2M";
313         static const char str_4m[] = "4M";
314         static const char str_4k[] = "4k";
315
316         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
317                 return str_1g;
318         /*
319          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
320          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
321          * print out the right size in the string.
322          */
323         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
324             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
325             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
326                 return str_4m;
327
328         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
329                 return str_2m;
330
331         return str_4k;
332 }
333
334 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
335                                      unsigned long start,
336                                      unsigned long end)
337 {
338         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
339         unsigned long pfn;
340         int i;
341
342         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
343
344         /* head if not big page alignment ? */
345         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
346 #ifdef CONFIG_X86_32
347         /*
348          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
349          * because there are often fixed size MTRRs in there
350          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
351          * slowdowns.
352          */
353         if (pfn == 0)
354                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
355         else
356                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
357 #else /* CONFIG_X86_64 */
358         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
359 #endif
360         if (end_pfn > limit_pfn)
361                 end_pfn = limit_pfn;
362         if (start_pfn < end_pfn) {
363                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
364                 pfn = end_pfn;
365         }
366
367         /* big page (2M) range */
368         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
369 #ifdef CONFIG_X86_32
370         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
371 #else /* CONFIG_X86_64 */
372         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
373         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
374                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
375 #endif
376
377         if (start_pfn < end_pfn) {
378                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
379                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
380                 pfn = end_pfn;
381         }
382
383 #ifdef CONFIG_X86_64
384         /* big page (1G) range */
385         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
386         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
387         if (start_pfn < end_pfn) {
388                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
389                                 page_size_mask &
390                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
391                 pfn = end_pfn;
392         }
393
394         /* tail is not big page (1G) alignment */
395         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
396         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
397         if (start_pfn < end_pfn) {
398                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
399                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
400                 pfn = end_pfn;
401         }
402 #endif
403
404         /* tail is not big page (2M) alignment */
405         start_pfn = pfn;
406         end_pfn = limit_pfn;
407         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
408
409         if (!after_bootmem)
410                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
411
412         /* try to merge same page size and continuous */
413         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
414                 unsigned long old_start;
415                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
416                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
417                         continue;
418                 /* move it */
419                 old_start = mr[i].start;
420                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
421                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
422                 mr[i--].start = old_start;
423                 nr_range--;
424         }
425
426         for (i = 0; i < nr_range; i++)
427                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
428                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
429                                 page_size_string(&mr[i]));
430
431         return nr_range;
432 }
433
434 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
435 int nr_pfn_mapped;
436
437 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
438 {
439         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
440                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
441         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
442
443         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
444
445         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
446                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
447                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
448 }
449
450 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
451 {
452         int i;
453
454         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
455                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
456                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
457                         return true;
458
459         return false;
460 }
461
462 /*
463  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
464  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
465  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
466  */
467 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
468                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
469 {
470         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
471         unsigned long ret = 0;
472         int nr_range, i;
473
474         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
475                start, end - 1);
476
477         memset(mr, 0, sizeof(mr));
478         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
479
480         for (i = 0; i < nr_range; i++)
481                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
482                                                    mr[i].page_size_mask,
483                                                    prot);
484
485         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
486
487         return ret >> PAGE_SHIFT;
488 }
489
490 /*
491  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
492  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
493  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
494  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
495  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
496  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
497  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
498  *
499  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
500  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
501  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
502  */
503 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
504                                            unsigned long r_start,
505                                            unsigned long r_end)
506 {
507         unsigned long start_pfn, end_pfn;
508         unsigned long mapped_ram_size = 0;
509         int i;
510
511         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
512                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
513                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
514                 if (start >= end)
515                         continue;
516
517                 /*
518                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
519                  * alloc pgt buf from memblock instead.
520                  */
521                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
522                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
523                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
524                 mapped_ram_size += end - start;
525                 can_use_brk_pgt = true;
526         }
527
528         return mapped_ram_size;
529 }
530
531 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
532 {
533         /*
534          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
535          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
536          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
537          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
538          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
539          * difference of page table level shifts.
540          *
541          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
542          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
543          * turns it into 0x100000000ULL.
544          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
545          * needs to be taken into consideration by the code below.
546          */
547         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
548 }
549
550 /**
551  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
552  * @map_start: start address of the target memory range
553  * @map_end: end address of the target memory range
554  *
555  * This function will setup direct mapping for memory range
556  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
557  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
558  * memory in top-down.
559  */
560 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
561                                        unsigned long map_end)
562 {
563         unsigned long real_end, start, last_start;
564         unsigned long step_size;
565         unsigned long addr;
566         unsigned long mapped_ram_size = 0;
567
568         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
569         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
570         real_end = addr + PMD_SIZE;
571
572         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
573         step_size = PMD_SIZE;
574         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
575         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
576         last_start = start = real_end;
577
578         /*
579          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
580          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
581          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
582          * for page table.
583          */
584         while (last_start > map_start) {
585                 if (last_start > step_size) {
586                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
587                         if (start < map_start)
588                                 start = map_start;
589                 } else
590                         start = map_start;
591                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
592                                                         last_start);
593                 last_start = start;
594                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
595                 if (mapped_ram_size >= step_size)
596                         step_size = get_new_step_size(step_size);
597         }
598
599         if (real_end < map_end)
600                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
601 }
602
603 /**
604  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
605  * @map_start: start address of the target memory range
606  * @map_end: end address of the target memory range
607  *
608  * This function will setup direct mapping for memory range
609  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
610  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
611  * be allocated just above the kernel and we map the memory
612  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
613  */
614 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
615                                         unsigned long map_end)
616 {
617         unsigned long next, start;
618         unsigned long mapped_ram_size = 0;
619         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
620         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
621
622         start = map_start;
623         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
624
625         /*
626          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
627          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
628          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
629          * for page table.
630          */
631         while (start < map_end) {
632                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
633                         next = round_up(start + 1, step_size);
634                         if (next > map_end)
635                                 next = map_end;
636                 } else {
637                         next = map_end;
638                 }
639
640                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
641                 start = next;
642
643                 if (mapped_ram_size >= step_size)
644                         step_size = get_new_step_size(step_size);
645         }
646 }
647
648 void __init init_mem_mapping(void)
649 {
650         unsigned long end;
651
652         pti_check_boottime_disable();
653         probe_page_size_mask();
654         setup_pcid();
655
656 #ifdef CONFIG_X86_64
657         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
658 #else
659         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
660 #endif
661
662         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
663         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
664
665         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
666         init_trampoline();
667
668         /*
669          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
670          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
671          */
672         if (memblock_bottom_up()) {
673                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
674
675                 /*
676                  * we need two separate calls here. This is because we want to
677                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
678                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
679                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
680                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
681                  */
682                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
683                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
684         } else {
685                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
686         }
687
688 #ifdef CONFIG_X86_64
689         if (max_pfn > max_low_pfn) {
690                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
691                 max_low_pfn = max_pfn;
692         }
693 #else
694         early_ioremap_page_table_range_init();
695 #endif
696
697         load_cr3(swapper_pg_dir);
698         __flush_tlb_all();
699
700         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
701
702         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
703 }
704
705 /*
706  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
707  * during patching.
708  */
709 void __init poking_init(void)
710 {
711         spinlock_t *ptl;
712         pte_t *ptep;
713
714         poking_mm = copy_init_mm();
715         BUG_ON(!poking_mm);
716
717         /*
718          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
719          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
720          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
721          */
722         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
723         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
724                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
725                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
726
727         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
728                 poking_addr += PAGE_SIZE;
729
730         /*
731          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
732          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
733          * section, which might cause allocation to fail.
734          */
735         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
736         BUG_ON(!ptep);
737         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
738 }
739
740 /*
741  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
742  * is valid. The argument is a physical page number.
743  *
744  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
745  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
746  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
747  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
748  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
749  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
750  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
751  */
752 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
753 {
754         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
755                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
756                         != REGION_DISJOINT) {
757                 /*
758                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
759                  * request that the page be shown as all zeros.
760                  */
761                 if (pagenr < 256)
762                         return 2;
763
764                 return 0;
765         }
766
767         /*
768          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
769          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
770          */
771         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
772                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
773                 if (pagenr < 256)
774                         return 1;
775
776                 return 0;
777         }
778
779         return 1;
780 }
781
782 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
783 {
784         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
785
786         /* Make sure boundaries are page aligned */
787         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
788         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
789
790         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
791                 begin = begin_aligned;
792                 end   = end_aligned;
793         }
794
795         if (begin >= end)
796                 return;
797
798         /*
799          * If debugging page accesses then do not free this memory but
800          * mark them not present - any buggy init-section access will
801          * create a kernel page fault:
802          */
803         if (debug_pagealloc_enabled()) {
804                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
805                         begin, end - 1);
806                 /*
807                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
808                  * corresponding pages will be unmapped.
809                  */
810                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
811                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
812         } else {
813                 /*
814                  * We just marked the kernel text read only above, now that
815                  * we are going to free part of that, we need to make that
816                  * writeable and non-executable first.
817                  */
818                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
819                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
820
821                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
822                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
823         }
824 }
825
826 /*
827  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
828  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
829  * right thing for either kind of address.
830  */
831 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
832 {
833         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
834         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
835         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
836
837         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
838
839         /*
840          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
841          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
842          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
843          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
844          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
845          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
846          * optimizations PTI is currently using.
847          *
848          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
849          * needed to access the freed pages.
850          *
851          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
852          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
853          */
854         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
855                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
856 }
857
858 void __weak mem_encrypt_free_decrypted_mem(void) { }
859
860 void __ref free_initmem(void)
861 {
862         e820__reallocate_tables();
863
864         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
865
866         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
867                                 &__init_begin, &__init_end);
868 }
869
870 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
871 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
872 {
873         /*
874          * end could be not aligned, and We can not align that,
875          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
876          * We already reserve the end partial page before in
877          *   - i386_start_kernel()
878          *   - x86_64_start_kernel()
879          *   - relocate_initrd()
880          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
881          */
882         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
883 }
884 #endif
885
886 /*
887  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
888  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
889  * accurately.
890  *
891  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
892  * might benefit from this as well.
893  */
894 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
895 {
896 #ifdef CONFIG_X86_64
897         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
898         unsigned long start_pfn, end_pfn;
899         phys_addr_t start_addr, end_addr;
900         int i;
901         u64 u;
902
903         /*
904          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
905          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
906          */
907         nr_pages = 0;
908         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
909                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
910                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
911
912                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
913         }
914
915         /*
916          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
917          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
918          * pages at the beginning or the end of the range:
919          */
920         nr_free_pages = 0;
921         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
922                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
923                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
924
925                 if (start_pfn < end_pfn)
926                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
927         }
928
929         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
930 #endif
931 }
932
933 void __init zone_sizes_init(void)
934 {
935         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
936
937         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
938
939 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
940         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
941 #endif
942 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
943         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
944 #endif
945         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
946 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
947         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
948 #endif
949
950         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
951 }
952
953 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
954         .loaded_mm = &init_mm,
955         .next_asid = 1,
956         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
957 };
958 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_tlbstate);
959
960 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
961 {
962         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
963         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
964
965         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
966         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
967 }
968
969 #ifdef CONFIG_SWAP
970 unsigned long max_swapfile_size(void)
971 {
972         unsigned long pages;
973
974         pages = generic_max_swapfile_size();
975
976         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
977                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
978                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
979                 /*
980                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
981                  * which makes the usable limit higher.
982                  */
983 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
984                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
985 #endif
986                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
987         }
988         return pages;
989 }
990 #endif