Merge tag 'hardening-v6.6-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/kees...
[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/cpu_device_id.h>
13 #include <asm/e820/api.h>
14 #include <asm/init.h>
15 #include <asm/page.h>
16 #include <asm/page_types.h>
17 #include <asm/sections.h>
18 #include <asm/setup.h>
19 #include <asm/tlbflush.h>
20 #include <asm/tlb.h>
21 #include <asm/proto.h>
22 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
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 #include <asm/paravirt.h>
30
31 /*
32  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
33  * is only compiled when SMP=y.
34  */
35 #include <trace/events/tlb.h>
36
37 #include "mm_internal.h"
38
39 /*
40  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
41  *
42  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
43  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
44  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
45  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
46  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
47  *
48  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
49  *
50  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
51  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
52  */
53 static uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
54         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
55         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
57         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
58         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
59         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
60 };
61
62 unsigned long cachemode2protval(enum page_cache_mode pcm)
63 {
64         if (likely(pcm == 0))
65                 return 0;
66         return __cachemode2pte_tbl[pcm];
67 }
68 EXPORT_SYMBOL(cachemode2protval);
69
70 static uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
71         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
72         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
73         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
74         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
75         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
76         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
77         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
78         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
79 };
80
81 /*
82  * Check that the write-protect PAT entry is set for write-protect.
83  * To do this without making assumptions how PAT has been set up (Xen has
84  * another layout than the kernel), translate the _PAGE_CACHE_MODE_WP cache
85  * mode via the __cachemode2pte_tbl[] into protection bits (those protection
86  * bits will select a cache mode of WP or better), and then translate the
87  * protection bits back into the cache mode using __pte2cm_idx() and the
88  * __pte2cachemode_tbl[] array. This will return the really used cache mode.
89  */
90 bool x86_has_pat_wp(void)
91 {
92         uint16_t prot = __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_WP];
93
94         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(prot)] == _PAGE_CACHE_MODE_WP;
95 }
96
97 enum page_cache_mode pgprot2cachemode(pgprot_t pgprot)
98 {
99         unsigned long masked;
100
101         masked = pgprot_val(pgprot) & _PAGE_CACHE_MASK;
102         if (likely(masked == 0))
103                 return 0;
104         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(masked)];
105 }
106
107 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
108 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
109 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
110
111 static unsigned long min_pfn_mapped;
112
113 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
114
115 /*
116  * Pages returned are already directly mapped.
117  *
118  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
119  *
120  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
121  *
122  * for detailed information.
123  */
124 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
125 {
126         unsigned long pfn;
127         int i;
128
129         if (after_bootmem) {
130                 unsigned int order;
131
132                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
133                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
134         }
135
136         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
137                 unsigned long ret = 0;
138
139                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
140                         ret = memblock_phys_alloc_range(
141                                         PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE,
142                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
143                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
144                 }
145                 if (!ret && can_use_brk_pgt)
146                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
147
148                 if (!ret)
149                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
150
151                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
152         } else {
153                 pfn = pgt_buf_end;
154                 pgt_buf_end += num;
155         }
156
157         for (i = 0; i < num; i++) {
158                 void *adr;
159
160                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
161                 clear_page(adr);
162         }
163
164         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
165 }
166
167 /*
168  * By default need to be able to allocate page tables below PGD firstly for
169  * the 0-ISA_END_ADDRESS range and secondly for the initial PMD_SIZE mapping.
170  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory and the
171  * PUD alignment, twice that many pages may be needed when KASLR memory
172  * randomization is enabled.
173  */
174
175 #ifndef CONFIG_X86_5LEVEL
176 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    3
177 #else
178 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    4
179 #endif
180
181 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
182 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (2 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
183 #else
184 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (4 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
185 #endif
186
187 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
188 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
189 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
190 {
191         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
192         phys_addr_t base;
193
194         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
195
196         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
197         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
198         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
199 }
200
201 int after_bootmem;
202
203 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
204
205 struct map_range {
206         unsigned long start;
207         unsigned long end;
208         unsigned page_size_mask;
209 };
210
211 static int page_size_mask;
212
213 /*
214  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
215  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
216  * up after us can get the correct flags. Invoked on the boot CPU.
217  */
218 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
219 {
220         mmu_cr4_features |= mask;
221         if (trampoline_cr4_features)
222                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
223         cr4_set_bits(mask);
224 }
225
226 static void __init probe_page_size_mask(void)
227 {
228         /*
229          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
230          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
231          * large pages into small in interrupt context, etc.
232          */
233         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
234                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
235         else
236                 direct_gbpages = 0;
237
238         /* Enable PSE if available */
239         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
240                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
241
242         /* Enable PGE if available */
243         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
244         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
245                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
246                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
247         }
248
249         /* By the default is everything supported: */
250         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
251         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
252         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
253                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
254
255         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
256         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
257                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
258                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
259         } else {
260                 direct_gbpages = 0;
261         }
262 }
263
264 #define INTEL_MATCH(_model) { .vendor  = X86_VENDOR_INTEL,      \
265                               .family  = 6,                     \
266                               .model = _model,                  \
267                             }
268 /*
269  * INVLPG may not properly flush Global entries
270  * on these CPUs when PCIDs are enabled.
271  */
272 static const struct x86_cpu_id invlpg_miss_ids[] = {
273         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE   ),
274         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE_L ),
275         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ATOM_GRACEMONT ),
276         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE  ),
277         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_P),
278         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_S),
279         {}
280 };
281
282 static void setup_pcid(void)
283 {
284         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
285                 return;
286
287         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
288                 return;
289
290         if (x86_match_cpu(invlpg_miss_ids)) {
291                 pr_info("Incomplete global flushes, disabling PCID");
292                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
293                 return;
294         }
295
296         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
297                 /*
298                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
299                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
300                  * do any good anyway.  Despite the name,
301                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
302                  * the bits in question to remain set all the way through
303                  * the secondary boot asm.
304                  *
305                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
306                  * start_secondary().
307                  */
308                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
309         } else {
310                 /*
311                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
312                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
313                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
314                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
315                  * data if we're on an improperly configured VM.
316                  */
317                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
318         }
319 }
320
321 #ifdef CONFIG_X86_32
322 #define NR_RANGE_MR 3
323 #else /* CONFIG_X86_64 */
324 #define NR_RANGE_MR 5
325 #endif
326
327 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
328                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
329                              unsigned long page_size_mask)
330 {
331         if (start_pfn < end_pfn) {
332                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
333                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
334                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
335                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
336                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
337                 nr_range++;
338         }
339
340         return nr_range;
341 }
342
343 /*
344  * adjust the page_size_mask for small range to go with
345  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
346  */
347 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
348                                                          int nr_range)
349 {
350         int i;
351
352         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
353                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
354                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
355                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
356                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
357
358 #ifdef CONFIG_X86_32
359                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
360                                 continue;
361 #endif
362
363                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
364                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
365                 }
366                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
367                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
368                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
369                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
370
371                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
372                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
373                 }
374         }
375 }
376
377 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
378 {
379         static const char str_1g[] = "1G";
380         static const char str_2m[] = "2M";
381         static const char str_4m[] = "4M";
382         static const char str_4k[] = "4k";
383
384         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
385                 return str_1g;
386         /*
387          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
388          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
389          * print out the right size in the string.
390          */
391         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
392             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
393             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
394                 return str_4m;
395
396         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
397                 return str_2m;
398
399         return str_4k;
400 }
401
402 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
403                                      unsigned long start,
404                                      unsigned long end)
405 {
406         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
407         unsigned long pfn;
408         int i;
409
410         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
411
412         /* head if not big page alignment ? */
413         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
414 #ifdef CONFIG_X86_32
415         /*
416          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
417          * because there are often fixed size MTRRs in there
418          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
419          * slowdowns.
420          */
421         if (pfn == 0)
422                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
423         else
424                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
425 #else /* CONFIG_X86_64 */
426         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
427 #endif
428         if (end_pfn > limit_pfn)
429                 end_pfn = limit_pfn;
430         if (start_pfn < end_pfn) {
431                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
432                 pfn = end_pfn;
433         }
434
435         /* big page (2M) range */
436         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
437 #ifdef CONFIG_X86_32
438         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
439 #else /* CONFIG_X86_64 */
440         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
441         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
442                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
443 #endif
444
445         if (start_pfn < end_pfn) {
446                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
447                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
448                 pfn = end_pfn;
449         }
450
451 #ifdef CONFIG_X86_64
452         /* big page (1G) range */
453         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
454         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
455         if (start_pfn < end_pfn) {
456                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
457                                 page_size_mask &
458                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
459                 pfn = end_pfn;
460         }
461
462         /* tail is not big page (1G) alignment */
463         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
464         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
465         if (start_pfn < end_pfn) {
466                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
467                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
468                 pfn = end_pfn;
469         }
470 #endif
471
472         /* tail is not big page (2M) alignment */
473         start_pfn = pfn;
474         end_pfn = limit_pfn;
475         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
476
477         if (!after_bootmem)
478                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
479
480         /* try to merge same page size and continuous */
481         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
482                 unsigned long old_start;
483                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
484                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
485                         continue;
486                 /* move it */
487                 old_start = mr[i].start;
488                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
489                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
490                 mr[i--].start = old_start;
491                 nr_range--;
492         }
493
494         for (i = 0; i < nr_range; i++)
495                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
496                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
497                                 page_size_string(&mr[i]));
498
499         return nr_range;
500 }
501
502 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
503 int nr_pfn_mapped;
504
505 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
506 {
507         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
508                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
509         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
510
511         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
512
513         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
514                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
515                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
516 }
517
518 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
519 {
520         int i;
521
522         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
523                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
524                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
525                         return true;
526
527         return false;
528 }
529
530 /*
531  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
532  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
533  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
534  */
535 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
536                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
537 {
538         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
539         unsigned long ret = 0;
540         int nr_range, i;
541
542         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
543                start, end - 1);
544
545         memset(mr, 0, sizeof(mr));
546         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
547
548         for (i = 0; i < nr_range; i++)
549                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
550                                                    mr[i].page_size_mask,
551                                                    prot);
552
553         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
554
555         return ret >> PAGE_SHIFT;
556 }
557
558 /*
559  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
560  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
561  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
562  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
563  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
564  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
565  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
566  *
567  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
568  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
569  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
570  */
571 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
572                                            unsigned long r_start,
573                                            unsigned long r_end)
574 {
575         unsigned long start_pfn, end_pfn;
576         unsigned long mapped_ram_size = 0;
577         int i;
578
579         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
580                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
581                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
582                 if (start >= end)
583                         continue;
584
585                 /*
586                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
587                  * alloc pgt buf from memblock instead.
588                  */
589                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
590                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
591                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
592                 mapped_ram_size += end - start;
593                 can_use_brk_pgt = true;
594         }
595
596         return mapped_ram_size;
597 }
598
599 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
600 {
601         /*
602          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
603          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
604          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
605          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
606          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
607          * difference of page table level shifts.
608          *
609          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
610          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
611          * turns it into 0x100000000ULL.
612          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
613          * needs to be taken into consideration by the code below.
614          */
615         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
616 }
617
618 /**
619  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
620  * @map_start: start address of the target memory range
621  * @map_end: end address of the target memory range
622  *
623  * This function will setup direct mapping for memory range
624  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
625  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
626  * memory in top-down.
627  */
628 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
629                                        unsigned long map_end)
630 {
631         unsigned long real_end, last_start;
632         unsigned long step_size;
633         unsigned long addr;
634         unsigned long mapped_ram_size = 0;
635
636         /*
637          * Systems that have many reserved areas near top of the memory,
638          * e.g. QEMU with less than 1G RAM and EFI enabled, or Xen, will
639          * require lots of 4K mappings which may exhaust pgt_buf.
640          * Start with top-most PMD_SIZE range aligned at PMD_SIZE to ensure
641          * there is enough mapped memory that can be allocated from
642          * memblock.
643          */
644         addr = memblock_phys_alloc_range(PMD_SIZE, PMD_SIZE, map_start,
645                                          map_end);
646         memblock_phys_free(addr, PMD_SIZE);
647         real_end = addr + PMD_SIZE;
648
649         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
650         step_size = PMD_SIZE;
651         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
652         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
653         last_start = real_end;
654
655         /*
656          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
657          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
658          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
659          * for page table.
660          */
661         while (last_start > map_start) {
662                 unsigned long start;
663
664                 if (last_start > step_size) {
665                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
666                         if (start < map_start)
667                                 start = map_start;
668                 } else
669                         start = map_start;
670                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
671                                                         last_start);
672                 last_start = start;
673                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
674                 if (mapped_ram_size >= step_size)
675                         step_size = get_new_step_size(step_size);
676         }
677
678         if (real_end < map_end)
679                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
680 }
681
682 /**
683  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
684  * @map_start: start address of the target memory range
685  * @map_end: end address of the target memory range
686  *
687  * This function will setup direct mapping for memory range
688  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
689  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
690  * be allocated just above the kernel and we map the memory
691  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
692  */
693 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
694                                         unsigned long map_end)
695 {
696         unsigned long next, start;
697         unsigned long mapped_ram_size = 0;
698         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
699         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
700
701         start = map_start;
702         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
703
704         /*
705          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
706          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
707          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
708          * for page table.
709          */
710         while (start < map_end) {
711                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
712                         next = round_up(start + 1, step_size);
713                         if (next > map_end)
714                                 next = map_end;
715                 } else {
716                         next = map_end;
717                 }
718
719                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
720                 start = next;
721
722                 if (mapped_ram_size >= step_size)
723                         step_size = get_new_step_size(step_size);
724         }
725 }
726
727 /*
728  * The real mode trampoline, which is required for bootstrapping CPUs
729  * occupies only a small area under the low 1MB.  See reserve_real_mode()
730  * for details.
731  *
732  * If KASLR is disabled the first PGD entry of the direct mapping is copied
733  * to map the real mode trampoline.
734  *
735  * If KASLR is enabled, copy only the PUD which covers the low 1MB
736  * area. This limits the randomization granularity to 1GB for both 4-level
737  * and 5-level paging.
738  */
739 static void __init init_trampoline(void)
740 {
741 #ifdef CONFIG_X86_64
742         /*
743          * The code below will alias kernel page-tables in the user-range of the
744          * address space, including the Global bit. So global TLB entries will
745          * be created when using the trampoline page-table.
746          */
747         if (!kaslr_memory_enabled())
748                 trampoline_pgd_entry = init_top_pgt[pgd_index(__PAGE_OFFSET)];
749         else
750                 init_trampoline_kaslr();
751 #endif
752 }
753
754 void __init init_mem_mapping(void)
755 {
756         unsigned long end;
757
758         pti_check_boottime_disable();
759         probe_page_size_mask();
760         setup_pcid();
761
762 #ifdef CONFIG_X86_64
763         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
764 #else
765         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
766 #endif
767
768         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
769         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
770
771         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
772         init_trampoline();
773
774         /*
775          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
776          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
777          */
778         if (memblock_bottom_up()) {
779                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
780
781                 /*
782                  * we need two separate calls here. This is because we want to
783                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
784                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
785                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
786                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
787                  */
788                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
789                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
790         } else {
791                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
792         }
793
794 #ifdef CONFIG_X86_64
795         if (max_pfn > max_low_pfn) {
796                 /* can we preserve max_low_pfn ?*/
797                 max_low_pfn = max_pfn;
798         }
799 #else
800         early_ioremap_page_table_range_init();
801 #endif
802
803         load_cr3(swapper_pg_dir);
804         __flush_tlb_all();
805
806         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
807
808         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
809 }
810
811 /*
812  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
813  * during patching.
814  */
815 void __init poking_init(void)
816 {
817         spinlock_t *ptl;
818         pte_t *ptep;
819
820         poking_mm = mm_alloc();
821         BUG_ON(!poking_mm);
822
823         /* Xen PV guests need the PGD to be pinned. */
824         paravirt_enter_mmap(poking_mm);
825
826         /*
827          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
828          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
829          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
830          */
831         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
832         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
833                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
834                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
835
836         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
837                 poking_addr += PAGE_SIZE;
838
839         /*
840          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
841          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
842          * section, which might cause allocation to fail.
843          */
844         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
845         BUG_ON(!ptep);
846         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
847 }
848
849 /*
850  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
851  * is valid. The argument is a physical page number.
852  *
853  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
854  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
855  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
856  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
857  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
858  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
859  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
860  */
861 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
862 {
863         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
864                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
865                         != REGION_DISJOINT) {
866                 /*
867                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
868                  * request that the page be shown as all zeros.
869                  */
870                 if (pagenr < 256)
871                         return 2;
872
873                 return 0;
874         }
875
876         /*
877          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
878          * restricted resource under CONFIG_STRICT_DEVMEM.
879          */
880         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
881                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
882                 if (pagenr < 256)
883                         return 1;
884
885                 return 0;
886         }
887
888         return 1;
889 }
890
891 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
892 {
893         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
894
895         /* Make sure boundaries are page aligned */
896         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
897         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
898
899         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
900                 begin = begin_aligned;
901                 end   = end_aligned;
902         }
903
904         if (begin >= end)
905                 return;
906
907         /*
908          * If debugging page accesses then do not free this memory but
909          * mark them not present - any buggy init-section access will
910          * create a kernel page fault:
911          */
912         if (debug_pagealloc_enabled()) {
913                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
914                         begin, end - 1);
915                 /*
916                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
917                  * corresponding pages will be unmapped.
918                  */
919                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
920                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
921         } else {
922                 /*
923                  * We just marked the kernel text read only above, now that
924                  * we are going to free part of that, we need to make that
925                  * writeable and non-executable first.
926                  */
927                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
928                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
929
930                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
931                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
932         }
933 }
934
935 /*
936  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
937  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
938  * right thing for either kind of address.
939  */
940 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
941 {
942         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
943         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
944         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
945
946         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
947
948         /*
949          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
950          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
951          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
952          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
953          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
954          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
955          * optimizations PTI is currently using.
956          *
957          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
958          * needed to access the freed pages.
959          *
960          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
961          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
962          */
963         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
964                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
965 }
966
967 void __ref free_initmem(void)
968 {
969         e820__reallocate_tables();
970
971         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
972
973         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
974                                 &__init_begin, &__init_end);
975 }
976
977 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
978 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
979 {
980         /*
981          * end could be not aligned, and We can not align that,
982          * decompressor could be confused by aligned initrd_end
983          * We already reserve the end partial page before in
984          *   - i386_start_kernel()
985          *   - x86_64_start_kernel()
986          *   - relocate_initrd()
987          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
988          */
989         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
990 }
991 #endif
992
993 /*
994  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
995  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
996  * accurately.
997  *
998  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
999  * might benefit from this as well.
1000  */
1001 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
1002 {
1003 #ifdef CONFIG_X86_64
1004         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
1005         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1006         phys_addr_t start_addr, end_addr;
1007         int i;
1008         u64 u;
1009
1010         /*
1011          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
1012          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
1013          */
1014         nr_pages = 0;
1015         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
1016                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
1017                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
1018
1019                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
1020         }
1021
1022         /*
1023          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
1024          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
1025          * pages at the beginning or the end of the range:
1026          */
1027         nr_free_pages = 0;
1028         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
1029                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
1030                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
1031
1032                 if (start_pfn < end_pfn)
1033                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
1034         }
1035
1036         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
1037 #endif
1038 }
1039
1040 void __init zone_sizes_init(void)
1041 {
1042         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
1043
1044         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
1045
1046 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
1047         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
1048 #endif
1049 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
1050         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
1051 #endif
1052         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
1053 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1054         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
1055 #endif
1056
1057         free_area_init(max_zone_pfns);
1058 }
1059
1060 __visible DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
1061         .loaded_mm = &init_mm,
1062         .next_asid = 1,
1063         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
1064 };
1065
1066 #ifdef CONFIG_ADDRESS_MASKING
1067 DEFINE_PER_CPU(u64, tlbstate_untag_mask);
1068 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(tlbstate_untag_mask);
1069 #endif
1070
1071 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
1072 {
1073         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
1074         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
1075
1076         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
1077         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
1078 }
1079
1080 #ifdef CONFIG_SWAP
1081 unsigned long arch_max_swapfile_size(void)
1082 {
1083         unsigned long pages;
1084
1085         pages = generic_max_swapfile_size();
1086
1087         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1088                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1089                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1090                 /*
1091                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1092                  * which makes the usable limit higher.
1093                  */
1094 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1095                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1096 #endif
1097                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1098         }
1099         return pages;
1100 }
1101 #endif