arch/arm64/mm/hugetlbpage.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * arch/arm64/mm/hugetlbpage.c
   4  *
   5  * Copyright (C) 2013 Linaro Ltd.
   6  *
   7  * Based on arch/x86/mm/hugetlbpage.c.
   8  */
   9
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/fs.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/hugetlb.h>
  14 #include <linux/pagemap.h>
  15 #include <linux/err.h>
  16 #include <linux/sysctl.h>
  17 #include <asm/mman.h>
  18 #include <asm/tlb.h>
  19 #include <asm/tlbflush.h>
  20
  21 /*
  22  * HugeTLB Support Matrix
  23  *
  24  * ---------------------------------------------------
  25  * | Page Size | CONT PTE |  PMD  | CONT PMD |  PUD  |
  26  * ---------------------------------------------------
  27  * |     4K    |   64K    |   2M  |    32M   |   1G  |
  28  * |    16K    |    2M    |  32M  |     1G   |       |
  29  * |    64K    |    2M    | 512M  |    16G   |       |
  30  * ---------------------------------------------------
  31  */
  32
  33 /*
  34  * Reserve CMA areas for the largest supported gigantic
  35  * huge page when requested. Any other smaller gigantic
  36  * huge pages could still be served from those areas.
  37  */
  38 #ifdef CONFIG_CMA
  39 void __init arm64_hugetlb_cma_reserve(void)
  40 {
  41         int order;
  42
  43         if (pud_sect_supported())
  44                 order = PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
  45         else
  46                 order = CONT_PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
  47
  48         /*
  49          * HugeTLB CMA reservation is required for gigantic
  50          * huge pages which could not be allocated via the
  51          * page allocator. Just warn if there is any change
  52          * breaking this assumption.
  53          */
  54         WARN_ON(order <= MAX_ORDER);
  55         hugetlb_cma_reserve(order);
  56 }
  57 #endif /* CONFIG_CMA */
  58
  59 static bool __hugetlb_valid_size(unsigned long size)
  60 {
  61         switch (size) {
  62 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
  63         case PUD_SIZE:
  64                 return pud_sect_supported();
  65 #endif
  66         case CONT_PMD_SIZE:
  67         case PMD_SIZE:
  68         case CONT_PTE_SIZE:
  69                 return true;
  70         }
  71
  72         return false;
  73 }
  74
  75 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_HUGEPAGE_MIGRATION
  76 bool arch_hugetlb_migration_supported(struct hstate *h)
  77 {
  78         size_t pagesize = huge_page_size(h);
  79
  80         if (!__hugetlb_valid_size(pagesize)) {
  81                 pr_warn("%s: unrecognized huge page size 0x%lx\n",
  82                         __func__, pagesize);
  83                 return false;
  84         }
  85         return true;
  86 }
  87 #endif
  88
  89 int pmd_huge(pmd_t pmd)
  90 {
  91         return pmd_val(pmd) && !(pmd_val(pmd) & PMD_TABLE_BIT);
  92 }
  93
  94 int pud_huge(pud_t pud)
  95 {
  96 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
  97         return pud_val(pud) && !(pud_val(pud) & PUD_TABLE_BIT);
  98 #else
  99         return 0;
 100 #endif
 101 }
 102
 103 static int find_num_contig(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 104                            pte_t *ptep, size_t *pgsize)
 105 {
 106         pgd_t *pgdp = pgd_offset(mm, addr);
 107         p4d_t *p4dp;
 108         pud_t *pudp;
 109         pmd_t *pmdp;
 110
 111         *pgsize = PAGE_SIZE;
 112         p4dp = p4d_offset(pgdp, addr);
 113         pudp = pud_offset(p4dp, addr);
 114         pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 115         if ((pte_t *)pmdp == ptep) {
 116                 *pgsize = PMD_SIZE;
 117                 return CONT_PMDS;
 118         }
 119         return CONT_PTES;
 120 }
 121
 122 static inline int num_contig_ptes(unsigned long size, size_t *pgsize)
 123 {
 124         int contig_ptes = 0;
 125
 126         *pgsize = size;
 127
 128         switch (size) {
 129 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 130         case PUD_SIZE:
 131                 if (pud_sect_supported())
 132                         contig_ptes = 1;
 133                 break;
 134 #endif
 135         case PMD_SIZE:
 136                 contig_ptes = 1;
 137                 break;
 138         case CONT_PMD_SIZE:
 139                 *pgsize = PMD_SIZE;
 140                 contig_ptes = CONT_PMDS;
 141                 break;
 142         case CONT_PTE_SIZE:
 143                 *pgsize = PAGE_SIZE;
 144                 contig_ptes = CONT_PTES;
 145                 break;
 146         }
 147
 148         return contig_ptes;
 149 }
 150
 151 pte_t huge_ptep_get(pte_t *ptep)
 152 {
 153         int ncontig, i;
 154         size_t pgsize;
 155         pte_t orig_pte = ptep_get(ptep);
 156
 157         if (!pte_present(orig_pte) || !pte_cont(orig_pte))
 158                 return orig_pte;
 159
 160         ncontig = num_contig_ptes(page_size(pte_page(orig_pte)), &pgsize);
 161         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++) {
 162                 pte_t pte = ptep_get(ptep);
 163
 164                 if (pte_dirty(pte))
 165                         orig_pte = pte_mkdirty(orig_pte);
 166
 167                 if (pte_young(pte))
 168                         orig_pte = pte_mkyoung(orig_pte);
 169         }
 170         return orig_pte;
 171 }
 172
 173 /*
 174  * Changing some bits of contiguous entries requires us to follow a
 175  * Break-Before-Make approach, breaking the whole contiguous set
 176  * before we can change any entries. See ARM DDI 0487A.k_iss10775,
 177  * "Misprogramming of the Contiguous bit", page D4-1762.
 178  *
 179  * This helper performs the break step.
 180  */
 181 static pte_t get_clear_contig(struct mm_struct *mm,
 182                              unsigned long addr,
 183                              pte_t *ptep,
 184                              unsigned long pgsize,
 185                              unsigned long ncontig)
 186 {
 187         pte_t orig_pte = ptep_get(ptep);
 188         unsigned long i;
 189
 190         for (i = 0; i < ncontig; i++, addr += pgsize, ptep++) {
 191                 pte_t pte = ptep_get_and_clear(mm, addr, ptep);
 192
 193                 /*
 194                  * If HW_AFDBM is enabled, then the HW could turn on
 195                  * the dirty or accessed bit for any page in the set,
 196                  * so check them all.
 197                  */
 198                 if (pte_dirty(pte))
 199                         orig_pte = pte_mkdirty(orig_pte);
 200
 201                 if (pte_young(pte))
 202                         orig_pte = pte_mkyoung(orig_pte);
 203         }
 204         return orig_pte;
 205 }
 206
 207 static pte_t get_clear_contig_flush(struct mm_struct *mm,
 208                                     unsigned long addr,
 209                                     pte_t *ptep,
 210                                     unsigned long pgsize,
 211                                     unsigned long ncontig)
 212 {
 213         pte_t orig_pte = get_clear_contig(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 214         struct vm_area_struct vma = TLB_FLUSH_VMA(mm, 0);
 215
 216         flush_tlb_range(&vma, addr, addr + (pgsize * ncontig));
 217         return orig_pte;
 218 }
 219
 220 /*
 221  * Changing some bits of contiguous entries requires us to follow a
 222  * Break-Before-Make approach, breaking the whole contiguous set
 223  * before we can change any entries. See ARM DDI 0487A.k_iss10775,
 224  * "Misprogramming of the Contiguous bit", page D4-1762.
 225  *
 226  * This helper performs the break step for use cases where the
 227  * original pte is not needed.
 228  */
 229 static void clear_flush(struct mm_struct *mm,
 230                              unsigned long addr,
 231                              pte_t *ptep,
 232                              unsigned long pgsize,
 233                              unsigned long ncontig)
 234 {
 235         struct vm_area_struct vma = TLB_FLUSH_VMA(mm, 0);
 236         unsigned long i, saddr = addr;
 237
 238         for (i = 0; i < ncontig; i++, addr += pgsize, ptep++)
 239                 pte_clear(mm, addr, ptep);
 240
 241         flush_tlb_range(&vma, saddr, addr);
 242 }
 243
 244 static inline struct folio *hugetlb_swap_entry_to_folio(swp_entry_t entry)
 245 {
 246         VM_BUG_ON(!is_migration_entry(entry) && !is_hwpoison_entry(entry));
 247
 248         return page_folio(pfn_to_page(swp_offset(entry)));
 249 }
 250
 251 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 252                             pte_t *ptep, pte_t pte)
 253 {
 254         size_t pgsize;
 255         int i;
 256         int ncontig;
 257         unsigned long pfn, dpfn;
 258         pgprot_t hugeprot;
 259
 260         if (!pte_present(pte)) {
 261                 struct folio *folio;
 262
 263                 folio = hugetlb_swap_entry_to_folio(pte_to_swp_entry(pte));
 264                 ncontig = num_contig_ptes(folio_size(folio), &pgsize);
 265
 266                 for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++)
 267                         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 268                 return;
 269         }
 270
 271         if (!pte_cont(pte)) {
 272                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 273                 return;
 274         }
 275
 276         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 277         pfn = pte_pfn(pte);
 278         dpfn = pgsize >> PAGE_SHIFT;
 279         hugeprot = pte_pgprot(pte);
 280
 281         clear_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 282
 283         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++, addr += pgsize, pfn += dpfn)
 284                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pfn_pte(pfn, hugeprot));
 285 }
 286
 287 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,
 288                       unsigned long addr, unsigned long sz)
 289 {
 290         pgd_t *pgdp;
 291         p4d_t *p4dp;
 292         pud_t *pudp;
 293         pmd_t *pmdp;
 294         pte_t *ptep = NULL;
 295
 296         pgdp = pgd_offset(mm, addr);
 297         p4dp = p4d_offset(pgdp, addr);
 298         pudp = pud_alloc(mm, p4dp, addr);
 299         if (!pudp)
 300                 return NULL;
 301
 302         if (sz == PUD_SIZE) {
 303                 ptep = (pte_t *)pudp;
 304         } else if (sz == (CONT_PTE_SIZE)) {
 305                 pmdp = pmd_alloc(mm, pudp, addr);
 306                 if (!pmdp)
 307                         return NULL;
 308
 309                 WARN_ON(addr & (sz - 1));
 310                 /*
 311                  * Note that if this code were ever ported to the
 312                  * 32-bit arm platform then it will cause trouble in
 313                  * the case where CONFIG_HIGHPTE is set, since there
 314                  * will be no pte_unmap() to correspond with this
 315                  * pte_alloc_map().
 316                  */
 317                 ptep = pte_alloc_map(mm, pmdp, addr);
 318         } else if (sz == PMD_SIZE) {
 319                 if (want_pmd_share(vma, addr) && pud_none(READ_ONCE(*pudp)))
 320                         ptep = huge_pmd_share(mm, vma, addr, pudp);
 321                 else
 322                         ptep = (pte_t *)pmd_alloc(mm, pudp, addr);
 323         } else if (sz == (CONT_PMD_SIZE)) {
 324                 pmdp = pmd_alloc(mm, pudp, addr);
 325                 WARN_ON(addr & (sz - 1));
 326                 return (pte_t *)pmdp;
 327         }
 328
 329         return ptep;
 330 }
 331
 332 pte_t *huge_pte_offset(struct mm_struct *mm,
 333                        unsigned long addr, unsigned long sz)
 334 {
 335         pgd_t *pgdp;
 336         p4d_t *p4dp;
 337         pud_t *pudp, pud;
 338         pmd_t *pmdp, pmd;
 339
 340         pgdp = pgd_offset(mm, addr);
 341         if (!pgd_present(READ_ONCE(*pgdp)))
 342                 return NULL;
 343
 344         p4dp = p4d_offset(pgdp, addr);
 345         if (!p4d_present(READ_ONCE(*p4dp)))
 346                 return NULL;
 347
 348         pudp = pud_offset(p4dp, addr);
 349         pud = READ_ONCE(*pudp);
 350         if (sz != PUD_SIZE && pud_none(pud))
 351                 return NULL;
 352         /* hugepage or swap? */
 353         if (pud_huge(pud) || !pud_present(pud))
 354                 return (pte_t *)pudp;
 355         /* table; check the next level */
 356
 357         if (sz == CONT_PMD_SIZE)
 358                 addr &= CONT_PMD_MASK;
 359
 360         pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 361         pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 362         if (!(sz == PMD_SIZE || sz == CONT_PMD_SIZE) &&
 363             pmd_none(pmd))
 364                 return NULL;
 365         if (pmd_huge(pmd) || !pmd_present(pmd))
 366                 return (pte_t *)pmdp;
 367
 368         if (sz == CONT_PTE_SIZE)
 369                 return pte_offset_kernel(pmdp, (addr & CONT_PTE_MASK));
 370
 371         return NULL;
 372 }
 373
 374 unsigned long hugetlb_mask_last_page(struct hstate *h)
 375 {
 376         unsigned long hp_size = huge_page_size(h);
 377
 378         switch (hp_size) {
 379 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 380         case PUD_SIZE:
 381                 return PGDIR_SIZE - PUD_SIZE;
 382 #endif
 383         case CONT_PMD_SIZE:
 384                 return PUD_SIZE - CONT_PMD_SIZE;
 385         case PMD_SIZE:
 386                 return PUD_SIZE - PMD_SIZE;
 387         case CONT_PTE_SIZE:
 388                 return PMD_SIZE - CONT_PTE_SIZE;
 389         default:
 390                 break;
 391         }
 392
 393         return 0UL;
 394 }
 395
 396 pte_t arch_make_huge_pte(pte_t entry, unsigned int shift, vm_flags_t flags)
 397 {
 398         size_t pagesize = 1UL << shift;
 399
 400         entry = pte_mkhuge(entry);
 401         if (pagesize == CONT_PTE_SIZE) {
 402                 entry = pte_mkcont(entry);
 403         } else if (pagesize == CONT_PMD_SIZE) {
 404                 entry = pmd_pte(pmd_mkcont(pte_pmd(entry)));
 405         } else if (pagesize != PUD_SIZE && pagesize != PMD_SIZE) {
 406                 pr_warn("%s: unrecognized huge page size 0x%lx\n",
 407                         __func__, pagesize);
 408         }
 409         return entry;
 410 }
 411
 412 void huge_pte_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 413                     pte_t *ptep, unsigned long sz)
 414 {
 415         int i, ncontig;
 416         size_t pgsize;
 417
 418         ncontig = num_contig_ptes(sz, &pgsize);
 419
 420         for (i = 0; i < ncontig; i++, addr += pgsize, ptep++)
 421                 pte_clear(mm, addr, ptep);
 422 }
 423
 424 pte_t huge_ptep_get_and_clear(struct mm_struct *mm,
 425                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
 426 {
 427         int ncontig;
 428         size_t pgsize;
 429         pte_t orig_pte = ptep_get(ptep);
 430
 431         if (!pte_cont(orig_pte))
 432                 return ptep_get_and_clear(mm, addr, ptep);
 433
 434         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 435
 436         return get_clear_contig(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 437 }
 438
 439 /*
 440  * huge_ptep_set_access_flags will update access flags (dirty, accesssed)
 441  * and write permission.
 442  *
 443  * For a contiguous huge pte range we need to check whether or not write
 444  * permission has to change only on the first pte in the set. Then for
 445  * all the contiguous ptes we need to check whether or not there is a
 446  * discrepancy between dirty or young.
 447  */
 448 static int __cont_access_flags_changed(pte_t *ptep, pte_t pte, int ncontig)
 449 {
 450         int i;
 451
 452         if (pte_write(pte) != pte_write(ptep_get(ptep)))
 453                 return 1;
 454
 455         for (i = 0; i < ncontig; i++) {
 456                 pte_t orig_pte = ptep_get(ptep + i);
 457
 458                 if (pte_dirty(pte) != pte_dirty(orig_pte))
 459                         return 1;
 460
 461                 if (pte_young(pte) != pte_young(orig_pte))
 462                         return 1;
 463         }
 464
 465         return 0;
 466 }
 467
 468 int huge_ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 469                                unsigned long addr, pte_t *ptep,
 470                                pte_t pte, int dirty)
 471 {
 472         int ncontig, i;
 473         size_t pgsize = 0;
 474         unsigned long pfn = pte_pfn(pte), dpfn;
 475         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 476         pgprot_t hugeprot;
 477         pte_t orig_pte;
 478
 479         if (!pte_cont(pte))
 480                 return ptep_set_access_flags(vma, addr, ptep, pte, dirty);
 481
 482         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 483         dpfn = pgsize >> PAGE_SHIFT;
 484
 485         if (!__cont_access_flags_changed(ptep, pte, ncontig))
 486                 return 0;
 487
 488         orig_pte = get_clear_contig_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 489
 490         /* Make sure we don't lose the dirty or young state */
 491         if (pte_dirty(orig_pte))
 492                 pte = pte_mkdirty(pte);
 493
 494         if (pte_young(orig_pte))
 495                 pte = pte_mkyoung(pte);
 496
 497         hugeprot = pte_pgprot(pte);
 498         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++, addr += pgsize, pfn += dpfn)
 499                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pfn_pte(pfn, hugeprot));
 500
 501         return 1;
 502 }
 503
 504 void huge_ptep_set_wrprotect(struct mm_struct *mm,
 505                              unsigned long addr, pte_t *ptep)
 506 {
 507         unsigned long pfn, dpfn;
 508         pgprot_t hugeprot;
 509         int ncontig, i;
 510         size_t pgsize;
 511         pte_t pte;
 512
 513         if (!pte_cont(READ_ONCE(*ptep))) {
 514                 ptep_set_wrprotect(mm, addr, ptep);
 515                 return;
 516         }
 517
 518         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 519         dpfn = pgsize >> PAGE_SHIFT;
 520
 521         pte = get_clear_contig_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 522         pte = pte_wrprotect(pte);
 523
 524         hugeprot = pte_pgprot(pte);
 525         pfn = pte_pfn(pte);
 526
 527         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++, addr += pgsize, pfn += dpfn)
 528                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pfn_pte(pfn, hugeprot));
 529 }
 530
 531 pte_t huge_ptep_clear_flush(struct vm_area_struct *vma,
 532                             unsigned long addr, pte_t *ptep)
 533 {
 534         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 535         size_t pgsize;
 536         int ncontig;
 537
 538         if (!pte_cont(READ_ONCE(*ptep)))
 539                 return ptep_clear_flush(vma, addr, ptep);
 540
 541         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 542         return get_clear_contig_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 543 }
 544
 545 static int __init hugetlbpage_init(void)
 546 {
 547         if (pud_sect_supported())
 548                 hugetlb_add_hstate(PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 549
 550         hugetlb_add_hstate(CONT_PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 551         hugetlb_add_hstate(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 552         hugetlb_add_hstate(CONT_PTE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 553
 554         return 0;
 555 }
 556 arch_initcall(hugetlbpage_init);
 557
 558 bool __init arch_hugetlb_valid_size(unsigned long size)
 559 {
 560         return __hugetlb_valid_size(size);
 561 }