arm64: mm: limit linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / arm64 / mm / init.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Based on arch/arm/mm/init.c
4  *
5  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
6  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
7  */
8
9 #include <linux/kernel.h>
10 #include <linux/export.h>
11 #include <linux/errno.h>
12 #include <linux/swap.h>
13 #include <linux/init.h>
14 #include <linux/cache.h>
15 #include <linux/mman.h>
16 #include <linux/nodemask.h>
17 #include <linux/initrd.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/memblock.h>
20 #include <linux/sort.h>
21 #include <linux/of.h>
22 #include <linux/of_fdt.h>
23 #include <linux/dma-direct.h>
24 #include <linux/dma-map-ops.h>
25 #include <linux/efi.h>
26 #include <linux/swiotlb.h>
27 #include <linux/vmalloc.h>
28 #include <linux/mm.h>
29 #include <linux/kexec.h>
30 #include <linux/crash_dump.h>
31 #include <linux/hugetlb.h>
32 #include <linux/acpi_iort.h>
33
34 #include <asm/boot.h>
35 #include <asm/fixmap.h>
36 #include <asm/kasan.h>
37 #include <asm/kernel-pgtable.h>
38 #include <asm/kvm_host.h>
39 #include <asm/memory.h>
40 #include <asm/numa.h>
41 #include <asm/sections.h>
42 #include <asm/setup.h>
43 #include <linux/sizes.h>
44 #include <asm/tlb.h>
45 #include <asm/alternative.h>
46 #include <asm/xen/swiotlb-xen.h>
47
48 /*
49  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
50  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
51  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
52  * that cannot be mistaken for a real physical address.
53  */
54 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
55 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
56
57 /*
58  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
59  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
60  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
61  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
62  * otherwise it is empty.
63  */
64 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
65
66 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
67 /*
68  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
69  *
70  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
71  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
72  * primary kernel is crashing.
73  */
74 static void __init reserve_crashkernel(void)
75 {
76         unsigned long long crash_base, crash_size;
77         int ret;
78
79         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
80                                 &crash_size, &crash_base);
81         /* no crashkernel= or invalid value specified */
82         if (ret || !crash_size)
83                 return;
84
85         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
86
87         if (crash_base == 0) {
88                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
89                 crash_base = memblock_find_in_range(0, arm64_dma_phys_limit,
90                                 crash_size, SZ_2M);
91                 if (crash_base == 0) {
92                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
93                                 crash_size);
94                         return;
95                 }
96         } else {
97                 /* User specifies base address explicitly. */
98                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
99                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
100                         return;
101                 }
102
103                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
104                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
105                         return;
106                 }
107
108                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
109                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
110                         return;
111                 }
112         }
113         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
114
115         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
116                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
117
118         crashk_res.start = crash_base;
119         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
120 }
121 #else
122 static void __init reserve_crashkernel(void)
123 {
124 }
125 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
126
127 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
128 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
129                 const char *uname, int depth, void *data)
130 {
131         const __be32 *reg;
132         int len;
133
134         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
135                 return 0;
136
137         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
138         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
139                 return 1;
140
141         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
142         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
143
144         return 1;
145 }
146
147 /*
148  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
149  *
150  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
151  * described in the device tree. This region contains all the
152  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
153  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
154  */
155 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
156 {
157         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
158
159         if (!elfcorehdr_size)
160                 return;
161
162         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
163                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
164                 return;
165         }
166
167         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
168
169         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
170                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
171 }
172 #else
173 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
174 {
175 }
176 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
177
178 /*
179  * Return the maximum physical address for a zone accessible by the given bits
180  * limit. If DRAM starts above 32-bit, expand the zone to the maximum
181  * available memory, otherwise cap it at 32-bit.
182  */
183 static phys_addr_t __init max_zone_phys(unsigned int zone_bits)
184 {
185         phys_addr_t zone_mask = DMA_BIT_MASK(zone_bits);
186         phys_addr_t phys_start = memblock_start_of_DRAM();
187
188         if (phys_start > U32_MAX)
189                 zone_mask = PHYS_ADDR_MAX;
190         else if (phys_start > zone_mask)
191                 zone_mask = U32_MAX;
192
193         return min(zone_mask, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
194 }
195
196 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
197 {
198         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
199         unsigned int __maybe_unused acpi_zone_dma_bits;
200         unsigned int __maybe_unused dt_zone_dma_bits;
201         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit = max_zone_phys(32);
202
203 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
204         acpi_zone_dma_bits = fls64(acpi_iort_dma_get_max_cpu_address());
205         dt_zone_dma_bits = fls64(of_dma_get_max_cpu_address(NULL));
206         zone_dma_bits = min3(32U, dt_zone_dma_bits, acpi_zone_dma_bits);
207         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_bits);
208         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
209 #endif
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
211         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
212         if (!arm64_dma_phys_limit)
213                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
214 #endif
215         if (!arm64_dma_phys_limit)
216                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
217         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
218
219         free_area_init(max_zone_pfns);
220 }
221
222 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
223 {
224         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
225
226         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
227         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
228                 return 0;
229
230         return memblock_is_map_memory(addr);
231 }
232 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
233
234 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
235
236 /*
237  * Limit the memory size that was specified via FDT.
238  */
239 static int __init early_mem(char *p)
240 {
241         if (!p)
242                 return 1;
243
244         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
245         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
246
247         return 0;
248 }
249 early_param("mem", early_mem);
250
251 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
252                 const char *uname, int depth, void *data)
253 {
254         struct memblock_region *usablemem = data;
255         const __be32 *reg;
256         int len;
257
258         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
259                 return 0;
260
261         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
262         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
263                 return 1;
264
265         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
266         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
267
268         return 1;
269 }
270
271 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
272 {
273         struct memblock_region reg = {
274                 .size = 0,
275         };
276
277         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
278
279         if (reg.size)
280                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
281 }
282
283 void __init arm64_memblock_init(void)
284 {
285         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
286
287         /*
288          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
289          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
290          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
291          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
292          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
293          * configuration.
294          */
295         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
296             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
297                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
298                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
299         }
300
301         /* Handle linux,usable-memory-range property */
302         fdt_enforce_memory_region();
303
304         /* Remove memory above our supported physical address size */
305         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
306
307         /*
308          * Select a suitable value for the base of physical memory.
309          */
310         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
311                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
312
313         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
314                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
315
316         /*
317          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
318          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
319          * high in memory.
320          */
321         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
322                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
323         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
324                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
325                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
326                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
327                 memblock_remove(0, memstart_addr);
328         }
329
330         /*
331          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
332          * does not support it, we have to place the available physical
333          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
334          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
335          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
336          */
337         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
338                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(48) - _PAGE_OFFSET(52);
339
340         /*
341          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
342          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
343          * via the linear mapping.
344          */
345         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
346                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
347                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
348         }
349
350         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
351                 /*
352                  * Add back the memory we just removed if it results in the
353                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
354                  * Otherwise, this is a no-op
355                  */
356                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
357                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
358
359                 /*
360                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
361                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
362                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
363                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
364                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
365                  * always access both.
366                  */
367                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
368                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
369                                        linear_region_size,
370                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
371                         phys_initrd_size = 0;
372                 } else {
373                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
374                         memblock_add(base, size);
375                         memblock_reserve(base, size);
376                 }
377         }
378
379         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
380                 extern u16 memstart_offset_seed;
381                 u64 mmfr0 = read_cpuid(ID_AA64MMFR0_EL1);
382                 int parange = cpuid_feature_extract_unsigned_field(
383                                         mmfr0, ID_AA64MMFR0_PARANGE_SHIFT);
384                 s64 range = linear_region_size -
385                             BIT(id_aa64mmfr0_parange_to_phys_shift(parange));
386
387                 /*
388                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
389                  * margin, the size of the region that the physical memory can
390                  * span, randomize the linear region as well.
391                  */
392                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= (s64)ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
393                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
394                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
395                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
396                 }
397         }
398
399         /*
400          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
401          * pagetables with memblock.
402          */
403         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
404         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
405                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
406                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
407                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
408         }
409
410         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
411
412         reserve_elfcorehdr();
413
414         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
415 }
416
417 void __init bootmem_init(void)
418 {
419         unsigned long min, max;
420
421         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
422         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
423
424         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
425
426         max_pfn = max_low_pfn = max;
427         min_low_pfn = min;
428
429         arch_numa_init();
430
431         /*
432          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
433          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
434          * while allocating required CMA size across online nodes.
435          */
436 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
437         arm64_hugetlb_cma_reserve();
438 #endif
439
440         dma_pernuma_cma_reserve();
441
442         kvm_hyp_reserve();
443
444         /*
445          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
446          * done after the fixed reservations
447          */
448         sparse_init();
449         zone_sizes_init(min, max);
450
451         /*
452          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
453          */
454         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
455
456         /*
457          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
458          * reserved, so do it here.
459          */
460         reserve_crashkernel();
461
462         memblock_dump_all();
463 }
464
465 /*
466  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
467  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
468  * memory after the kernel image.
469  */
470 void __init mem_init(void)
471 {
472         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
473             max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit))
474                 swiotlb_init(1);
475         else if (!xen_swiotlb_detect())
476                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
477
478         set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
479
480         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
481         memblock_free_all();
482
483         /*
484          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
485          * detected at build time already.
486          */
487 #ifdef CONFIG_COMPAT
488         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
489 #endif
490
491         /*
492          * Selected page table levels should match when derived from
493          * scratch using the virtual address range and page size.
494          */
495         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
496                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
497
498         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
499                 extern int sysctl_overcommit_memory;
500                 /*
501                  * On a machine this small we won't get anywhere without
502                  * overcommit, so turn it on by default.
503                  */
504                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
505         }
506 }
507
508 void free_initmem(void)
509 {
510         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
511                            lm_alias(__init_end),
512                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
513         /*
514          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
515          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
516          * is not supported by kallsyms.
517          */
518         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
519 }
520
521 void dump_mem_limit(void)
522 {
523         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
524                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
525         } else {
526                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
527         }
528 }