Merge branch 'turbostat' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/lenb/linux
[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 #include <asm/memtype.h>
29
30 /*
31  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
32  * is only compiled when SMP=y.
33  */
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_phys_alloc_range(
130                                         PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE,
131                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
132                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
133                 }
134                 if (!ret && can_use_brk_pgt)
135                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
136
137                 if (!ret)
138                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
139
140                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
141         } else {
142                 pfn = pgt_buf_end;
143                 pgt_buf_end += num;
144         }
145
146         for (i = 0; i < num; i++) {
147                 void *adr;
148
149                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
150                 clear_page(adr);
151         }
152
153         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
154 }
155
156 /*
157  * By default need to be able to allocate page tables below PGD firstly for
158  * the 0-ISA_END_ADDRESS range and secondly for the initial PMD_SIZE mapping.
159  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory and the
160  * PUD alignment, twice that many pages may be needed when KASLR memory
161  * randomization is enabled.
162  */
163
164 #ifndef CONFIG_X86_5LEVEL
165 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    3
166 #else
167 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    4
168 #endif
169
170 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
171 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (2 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
172 #else
173 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (4 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
174 #endif
175
176 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
177 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
178 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
179 {
180         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
181         phys_addr_t base;
182
183         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
184
185         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
186         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
187         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
188 }
189
190 int after_bootmem;
191
192 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
193
194 struct map_range {
195         unsigned long start;
196         unsigned long end;
197         unsigned page_size_mask;
198 };
199
200 static int page_size_mask;
201
202 /*
203  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
204  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
205  * up after us can get the correct flags. Invoked on the boot CPU.
206  */
207 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
208 {
209         mmu_cr4_features |= mask;
210         if (trampoline_cr4_features)
211                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
212         cr4_set_bits(mask);
213 }
214
215 static void __init probe_page_size_mask(void)
216 {
217         /*
218          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
219          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
220          * large pages into small in interrupt context, etc.
221          */
222         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
223                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
224         else
225                 direct_gbpages = 0;
226
227         /* Enable PSE if available */
228         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
229                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
230
231         /* Enable PGE if available */
232         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
233         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
234                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
235                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
236         }
237
238         /* By the default is everything supported: */
239         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
240         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
241         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
242                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
243
244         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
245         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
246                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
247                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
248         } else {
249                 direct_gbpages = 0;
250         }
251 }
252
253 static void setup_pcid(void)
254 {
255         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
256                 return;
257
258         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
259                 return;
260
261         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
262                 /*
263                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
264                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
265                  * do any good anyway.  Despite the name,
266                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
267                  * the bits in question to remain set all the way through
268                  * the secondary boot asm.
269                  *
270                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
271                  * start_secondary().
272                  */
273                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
274
275                 /*
276                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
277                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
278                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
279                  * no INVPCID support at all.
280                  */
281                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
282                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
283         } else {
284                 /*
285                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
286                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
287                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
288                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
289                  * data if we're on an improperly configured VM.
290                  */
291                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
292         }
293 }
294
295 #ifdef CONFIG_X86_32
296 #define NR_RANGE_MR 3
297 #else /* CONFIG_X86_64 */
298 #define NR_RANGE_MR 5
299 #endif
300
301 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
302                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
303                              unsigned long page_size_mask)
304 {
305         if (start_pfn < end_pfn) {
306                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
307                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
308                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
309                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
310                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
311                 nr_range++;
312         }
313
314         return nr_range;
315 }
316
317 /*
318  * adjust the page_size_mask for small range to go with
319  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
320  */
321 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
322                                                          int nr_range)
323 {
324         int i;
325
326         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
327                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
328                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
329                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
330                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
331
332 #ifdef CONFIG_X86_32
333                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
334                                 continue;
335 #endif
336
337                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
338                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
339                 }
340                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
341                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
342                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
343                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
344
345                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
346                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
347                 }
348         }
349 }
350
351 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
352 {
353         static const char str_1g[] = "1G";
354         static const char str_2m[] = "2M";
355         static const char str_4m[] = "4M";
356         static const char str_4k[] = "4k";
357
358         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
359                 return str_1g;
360         /*
361          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
362          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
363          * print out the right size in the string.
364          */
365         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
366             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
367             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
368                 return str_4m;
369
370         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
371                 return str_2m;
372
373         return str_4k;
374 }
375
376 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
377                                      unsigned long start,
378                                      unsigned long end)
379 {
380         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
381         unsigned long pfn;
382         int i;
383
384         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
385
386         /* head if not big page alignment ? */
387         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
388 #ifdef CONFIG_X86_32
389         /*
390          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
391          * because there are often fixed size MTRRs in there
392          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
393          * slowdowns.
394          */
395         if (pfn == 0)
396                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
397         else
398                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
399 #else /* CONFIG_X86_64 */
400         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
401 #endif
402         if (end_pfn > limit_pfn)
403                 end_pfn = limit_pfn;
404         if (start_pfn < end_pfn) {
405                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
406                 pfn = end_pfn;
407         }
408
409         /* big page (2M) range */
410         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
411 #ifdef CONFIG_X86_32
412         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
413 #else /* CONFIG_X86_64 */
414         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
415         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
416                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
417 #endif
418
419         if (start_pfn < end_pfn) {
420                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
421                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
422                 pfn = end_pfn;
423         }
424
425 #ifdef CONFIG_X86_64
426         /* big page (1G) range */
427         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
428         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
429         if (start_pfn < end_pfn) {
430                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
431                                 page_size_mask &
432                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
433                 pfn = end_pfn;
434         }
435
436         /* tail is not big page (1G) alignment */
437         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
438         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
439         if (start_pfn < end_pfn) {
440                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
441                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
442                 pfn = end_pfn;
443         }
444 #endif
445
446         /* tail is not big page (2M) alignment */
447         start_pfn = pfn;
448         end_pfn = limit_pfn;
449         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
450
451         if (!after_bootmem)
452                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
453
454         /* try to merge same page size and continuous */
455         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
456                 unsigned long old_start;
457                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
458                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
459                         continue;
460                 /* move it */
461                 old_start = mr[i].start;
462                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
463                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
464                 mr[i--].start = old_start;
465                 nr_range--;
466         }
467
468         for (i = 0; i < nr_range; i++)
469                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
470                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
471                                 page_size_string(&mr[i]));
472
473         return nr_range;
474 }
475
476 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
477 int nr_pfn_mapped;
478
479 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
480 {
481         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
482                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
483         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
484
485         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
486
487         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
488                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
489                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
490 }
491
492 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
493 {
494         int i;
495
496         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
497                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
498                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
499                         return true;
500
501         return false;
502 }
503
504 /*
505  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
506  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
507  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
508  */
509 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
510                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
511 {
512         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
513         unsigned long ret = 0;
514         int nr_range, i;
515
516         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
517                start, end - 1);
518
519         memset(mr, 0, sizeof(mr));
520         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
521
522         for (i = 0; i < nr_range; i++)
523                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
524                                                    mr[i].page_size_mask,
525                                                    prot);
526
527         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
528
529         return ret >> PAGE_SHIFT;
530 }
531
532 /*
533  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
534  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
535  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
536  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
537  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
538  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
539  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
540  *
541  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
542  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
543  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
544  */
545 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
546                                            unsigned long r_start,
547                                            unsigned long r_end)
548 {
549         unsigned long start_pfn, end_pfn;
550         unsigned long mapped_ram_size = 0;
551         int i;
552
553         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
554                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
555                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
556                 if (start >= end)
557                         continue;
558
559                 /*
560                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
561                  * alloc pgt buf from memblock instead.
562                  */
563                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
564                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
565                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
566                 mapped_ram_size += end - start;
567                 can_use_brk_pgt = true;
568         }
569
570         return mapped_ram_size;
571 }
572
573 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
574 {
575         /*
576          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
577          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
578          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
579          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
580          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
581          * difference of page table level shifts.
582          *
583          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
584          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
585          * turns it into 0x100000000ULL.
586          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
587          * needs to be taken into consideration by the code below.
588          */
589         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
590 }
591
592 /**
593  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
594  * @map_start: start address of the target memory range
595  * @map_end: end address of the target memory range
596  *
597  * This function will setup direct mapping for memory range
598  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
599  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
600  * memory in top-down.
601  */
602 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
603                                        unsigned long map_end)
604 {
605         unsigned long real_end, last_start;
606         unsigned long step_size;
607         unsigned long addr;
608         unsigned long mapped_ram_size = 0;
609
610         /*
611          * Systems that have many reserved areas near top of the memory,
612          * e.g. QEMU with less than 1G RAM and EFI enabled, or Xen, will
613          * require lots of 4K mappings which may exhaust pgt_buf.
614          * Start with top-most PMD_SIZE range aligned at PMD_SIZE to ensure
615          * there is enough mapped memory that can be allocated from
616          * memblock.
617          */
618         addr = memblock_phys_alloc_range(PMD_SIZE, PMD_SIZE, map_start,
619                                          map_end);
620         memblock_phys_free(addr, PMD_SIZE);
621         real_end = addr + PMD_SIZE;
622
623         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
624         step_size = PMD_SIZE;
625         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
626         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
627         last_start = real_end;
628
629         /*
630          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
631          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
632          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
633          * for page table.
634          */
635         while (last_start > map_start) {
636                 unsigned long start;
637
638                 if (last_start > step_size) {
639                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
640                         if (start < map_start)
641                                 start = map_start;
642                 } else
643                         start = map_start;
644                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
645                                                         last_start);
646                 last_start = start;
647                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
648                 if (mapped_ram_size >= step_size)
649                         step_size = get_new_step_size(step_size);
650         }
651
652         if (real_end < map_end)
653                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
654 }
655
656 /**
657  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
658  * @map_start: start address of the target memory range
659  * @map_end: end address of the target memory range
660  *
661  * This function will setup direct mapping for memory range
662  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
663  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
664  * be allocated just above the kernel and we map the memory
665  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
666  */
667 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
668                                         unsigned long map_end)
669 {
670         unsigned long next, start;
671         unsigned long mapped_ram_size = 0;
672         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
673         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
674
675         start = map_start;
676         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
677
678         /*
679          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
680          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
681          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
682          * for page table.
683          */
684         while (start < map_end) {
685                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
686                         next = round_up(start + 1, step_size);
687                         if (next > map_end)
688                                 next = map_end;
689                 } else {
690                         next = map_end;
691                 }
692
693                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
694                 start = next;
695
696                 if (mapped_ram_size >= step_size)
697                         step_size = get_new_step_size(step_size);
698         }
699 }
700
701 /*
702  * The real mode trampoline, which is required for bootstrapping CPUs
703  * occupies only a small area under the low 1MB.  See reserve_real_mode()
704  * for details.
705  *
706  * If KASLR is disabled the first PGD entry of the direct mapping is copied
707  * to map the real mode trampoline.
708  *
709  * If KASLR is enabled, copy only the PUD which covers the low 1MB
710  * area. This limits the randomization granularity to 1GB for both 4-level
711  * and 5-level paging.
712  */
713 static void __init init_trampoline(void)
714 {
715 #ifdef CONFIG_X86_64
716         /*
717          * The code below will alias kernel page-tables in the user-range of the
718          * address space, including the Global bit. So global TLB entries will
719          * be created when using the trampoline page-table.
720          */
721         if (!kaslr_memory_enabled())
722                 trampoline_pgd_entry = init_top_pgt[pgd_index(__PAGE_OFFSET)];
723         else
724                 init_trampoline_kaslr();
725 #endif
726 }
727
728 void __init init_mem_mapping(void)
729 {
730         unsigned long end;
731
732         pti_check_boottime_disable();
733         probe_page_size_mask();
734         setup_pcid();
735
736 #ifdef CONFIG_X86_64
737         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
738 #else
739         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
740 #endif
741
742         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
743         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
744
745         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
746         init_trampoline();
747
748         /*
749          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
750          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
751          */
752         if (memblock_bottom_up()) {
753                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
754
755                 /*
756                  * we need two separate calls here. This is because we want to
757                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
758                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
759                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
760                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
761                  */
762                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
763                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
764         } else {
765                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
766         }
767
768 #ifdef CONFIG_X86_64
769         if (max_pfn > max_low_pfn) {
770                 /* can we preserve max_low_pfn ?*/
771                 max_low_pfn = max_pfn;
772         }
773 #else
774         early_ioremap_page_table_range_init();
775 #endif
776
777         load_cr3(swapper_pg_dir);
778         __flush_tlb_all();
779
780         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
781
782         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
783 }
784
785 /*
786  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
787  * during patching.
788  */
789 void __init poking_init(void)
790 {
791         spinlock_t *ptl;
792         pte_t *ptep;
793
794         poking_mm = copy_init_mm();
795         BUG_ON(!poking_mm);
796
797         /*
798          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
799          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
800          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
801          */
802         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
803         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
804                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
805                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
806
807         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
808                 poking_addr += PAGE_SIZE;
809
810         /*
811          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
812          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
813          * section, which might cause allocation to fail.
814          */
815         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
816         BUG_ON(!ptep);
817         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
818 }
819
820 /*
821  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
822  * is valid. The argument is a physical page number.
823  *
824  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
825  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
826  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
827  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
828  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
829  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
830  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
831  */
832 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
833 {
834         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
835                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
836                         != REGION_DISJOINT) {
837                 /*
838                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
839                  * request that the page be shown as all zeros.
840                  */
841                 if (pagenr < 256)
842                         return 2;
843
844                 return 0;
845         }
846
847         /*
848          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
849          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
850          */
851         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
852                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
853                 if (pagenr < 256)
854                         return 1;
855
856                 return 0;
857         }
858
859         return 1;
860 }
861
862 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
863 {
864         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
865
866         /* Make sure boundaries are page aligned */
867         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
868         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
869
870         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
871                 begin = begin_aligned;
872                 end   = end_aligned;
873         }
874
875         if (begin >= end)
876                 return;
877
878         /*
879          * If debugging page accesses then do not free this memory but
880          * mark them not present - any buggy init-section access will
881          * create a kernel page fault:
882          */
883         if (debug_pagealloc_enabled()) {
884                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
885                         begin, end - 1);
886                 /*
887                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
888                  * corresponding pages will be unmapped.
889                  */
890                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
891                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
892         } else {
893                 /*
894                  * We just marked the kernel text read only above, now that
895                  * we are going to free part of that, we need to make that
896                  * writeable and non-executable first.
897                  */
898                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
899                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
900
901                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
902                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
903         }
904 }
905
906 /*
907  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
908  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
909  * right thing for either kind of address.
910  */
911 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
912 {
913         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
914         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
915         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
916
917         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
918
919         /*
920          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
921          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
922          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
923          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
924          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
925          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
926          * optimizations PTI is currently using.
927          *
928          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
929          * needed to access the freed pages.
930          *
931          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
932          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
933          */
934         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
935                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
936 }
937
938 void __ref free_initmem(void)
939 {
940         e820__reallocate_tables();
941
942         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
943
944         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
945                                 &__init_begin, &__init_end);
946 }
947
948 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
949 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
950 {
951         /*
952          * end could be not aligned, and We can not align that,
953          * decompressor could be confused by aligned initrd_end
954          * We already reserve the end partial page before in
955          *   - i386_start_kernel()
956          *   - x86_64_start_kernel()
957          *   - relocate_initrd()
958          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
959          */
960         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
961 }
962 #endif
963
964 /*
965  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
966  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
967  * accurately.
968  *
969  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
970  * might benefit from this as well.
971  */
972 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
973 {
974 #ifdef CONFIG_X86_64
975         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
976         unsigned long start_pfn, end_pfn;
977         phys_addr_t start_addr, end_addr;
978         int i;
979         u64 u;
980
981         /*
982          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
983          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
984          */
985         nr_pages = 0;
986         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
987                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
988                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
989
990                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
991         }
992
993         /*
994          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
995          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
996          * pages at the beginning or the end of the range:
997          */
998         nr_free_pages = 0;
999         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
1000                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
1001                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
1002
1003                 if (start_pfn < end_pfn)
1004                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
1005         }
1006
1007         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
1008 #endif
1009 }
1010
1011 void __init zone_sizes_init(void)
1012 {
1013         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
1014
1015         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
1016
1017 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
1018         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
1019 #endif
1020 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
1021         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
1022 #endif
1023         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
1024 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1025         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
1026 #endif
1027
1028         free_area_init(max_zone_pfns);
1029 }
1030
1031 __visible DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
1032         .loaded_mm = &init_mm,
1033         .next_asid = 1,
1034         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
1035 };
1036
1037 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
1038 {
1039         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
1040         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
1041
1042         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
1043         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
1044 }
1045
1046 #ifdef CONFIG_SWAP
1047 unsigned long max_swapfile_size(void)
1048 {
1049         unsigned long pages;
1050
1051         pages = generic_max_swapfile_size();
1052
1053         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1054                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1055                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1056                 /*
1057                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1058                  * which makes the usable limit higher.
1059                  */
1060 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1061                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1062 #endif
1063                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1064         }
1065         return pages;
1066 }
1067 #endif