nds32: fix build error "relocation truncated to fit: R_NDS32_25_PCREL_RELA" when
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / s390 / mm / pgalloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Page table allocation functions
4  *
5  *    Copyright IBM Corp. 2016
6  *    Author(s): Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
7  */
8
9 #include <linux/sysctl.h>
10 #include <linux/slab.h>
11 #include <linux/mm.h>
12 #include <asm/mmu_context.h>
13 #include <asm/pgalloc.h>
14 #include <asm/gmap.h>
15 #include <asm/tlb.h>
16 #include <asm/tlbflush.h>
17
18 #ifdef CONFIG_PGSTE
19
20 static int page_table_allocate_pgste_min = 0;
21 static int page_table_allocate_pgste_max = 1;
22 int page_table_allocate_pgste = 0;
23 EXPORT_SYMBOL(page_table_allocate_pgste);
24
25 static struct ctl_table page_table_sysctl[] = {
26         {
27                 .procname       = "allocate_pgste",
28                 .data           = &page_table_allocate_pgste,
29                 .maxlen         = sizeof(int),
30                 .mode           = S_IRUGO | S_IWUSR,
31                 .proc_handler   = proc_dointvec,
32                 .extra1         = &page_table_allocate_pgste_min,
33                 .extra2         = &page_table_allocate_pgste_max,
34         },
35         { }
36 };
37
38 static struct ctl_table page_table_sysctl_dir[] = {
39         {
40                 .procname       = "vm",
41                 .maxlen         = 0,
42                 .mode           = 0555,
43                 .child          = page_table_sysctl,
44         },
45         { }
46 };
47
48 static int __init page_table_register_sysctl(void)
49 {
50         return register_sysctl_table(page_table_sysctl_dir) ? 0 : -ENOMEM;
51 }
52 __initcall(page_table_register_sysctl);
53
54 #endif /* CONFIG_PGSTE */
55
56 unsigned long *crst_table_alloc(struct mm_struct *mm)
57 {
58         struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, 2);
59
60         if (!page)
61                 return NULL;
62         arch_set_page_dat(page, 2);
63         return (unsigned long *) page_to_phys(page);
64 }
65
66 void crst_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
67 {
68         free_pages((unsigned long) table, 2);
69 }
70
71 static void __crst_table_upgrade(void *arg)
72 {
73         struct mm_struct *mm = arg;
74
75         if (current->active_mm == mm)
76                 set_user_asce(mm);
77         __tlb_flush_local();
78 }
79
80 int crst_table_upgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long end)
81 {
82         unsigned long *table, *pgd;
83         int rc, notify;
84
85         /* upgrade should only happen from 3 to 4, 3 to 5, or 4 to 5 levels */
86         VM_BUG_ON(mm->context.asce_limit < _REGION2_SIZE);
87         rc = 0;
88         notify = 0;
89         while (mm->context.asce_limit < end) {
90                 table = crst_table_alloc(mm);
91                 if (!table) {
92                         rc = -ENOMEM;
93                         break;
94                 }
95                 spin_lock_bh(&mm->page_table_lock);
96                 pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
97                 if (mm->context.asce_limit == _REGION2_SIZE) {
98                         crst_table_init(table, _REGION2_ENTRY_EMPTY);
99                         p4d_populate(mm, (p4d_t *) table, (pud_t *) pgd);
100                         mm->pgd = (pgd_t *) table;
101                         mm->context.asce_limit = _REGION1_SIZE;
102                         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
103                                 _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION2;
104                 } else {
105                         crst_table_init(table, _REGION1_ENTRY_EMPTY);
106                         pgd_populate(mm, (pgd_t *) table, (p4d_t *) pgd);
107                         mm->pgd = (pgd_t *) table;
108                         mm->context.asce_limit = -PAGE_SIZE;
109                         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
110                                 _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION1;
111                 }
112                 notify = 1;
113                 spin_unlock_bh(&mm->page_table_lock);
114         }
115         if (notify)
116                 on_each_cpu(__crst_table_upgrade, mm, 0);
117         return rc;
118 }
119
120 void crst_table_downgrade(struct mm_struct *mm)
121 {
122         pgd_t *pgd;
123
124         /* downgrade should only happen from 3 to 2 levels (compat only) */
125         VM_BUG_ON(mm->context.asce_limit != _REGION2_SIZE);
126
127         if (current->active_mm == mm) {
128                 clear_user_asce();
129                 __tlb_flush_mm(mm);
130         }
131
132         pgd = mm->pgd;
133         mm->pgd = (pgd_t *) (pgd_val(*pgd) & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
134         mm->context.asce_limit = _REGION3_SIZE;
135         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
136                            _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_SEGMENT;
137         crst_table_free(mm, (unsigned long *) pgd);
138
139         if (current->active_mm == mm)
140                 set_user_asce(mm);
141 }
142
143 static inline unsigned int atomic_xor_bits(atomic_t *v, unsigned int bits)
144 {
145         unsigned int old, new;
146
147         do {
148                 old = atomic_read(v);
149                 new = old ^ bits;
150         } while (atomic_cmpxchg(v, old, new) != old);
151         return new;
152 }
153
154 #ifdef CONFIG_PGSTE
155
156 struct page *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm)
157 {
158         struct page *page;
159         u64 *table;
160
161         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
162         if (page) {
163                 table = (u64 *)page_to_phys(page);
164                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
165                 memset64(table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
166         }
167         return page;
168 }
169
170 void page_table_free_pgste(struct page *page)
171 {
172         __free_page(page);
173 }
174
175 #endif /* CONFIG_PGSTE */
176
177 /*
178  * page table entry allocation/free routines.
179  */
180 unsigned long *page_table_alloc(struct mm_struct *mm)
181 {
182         unsigned long *table;
183         struct page *page;
184         unsigned int mask, bit;
185
186         /* Try to get a fragment of a 4K page as a 2K page table */
187         if (!mm_alloc_pgste(mm)) {
188                 table = NULL;
189                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
190                 if (!list_empty(&mm->context.pgtable_list)) {
191                         page = list_first_entry(&mm->context.pgtable_list,
192                                                 struct page, lru);
193                         mask = atomic_read(&page->_refcount) >> 24;
194                         mask = (mask | (mask >> 4)) & 3;
195                         if (mask != 3) {
196                                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
197                                 bit = mask & 1;         /* =1 -> second 2K */
198                                 if (bit)
199                                         table += PTRS_PER_PTE;
200                                 atomic_xor_bits(&page->_refcount,
201                                                         1U << (bit + 24));
202                                 list_del(&page->lru);
203                         }
204                 }
205                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
206                 if (table)
207                         return table;
208         }
209         /* Allocate a fresh page */
210         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
211         if (!page)
212                 return NULL;
213         if (!pgtable_page_ctor(page)) {
214                 __free_page(page);
215                 return NULL;
216         }
217         arch_set_page_dat(page, 0);
218         /* Initialize page table */
219         table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
220         if (mm_alloc_pgste(mm)) {
221                 /* Return 4K page table with PGSTEs */
222                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 3 << 24);
223                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
224                 memset64((u64 *)table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
225         } else {
226                 /* Return the first 2K fragment of the page */
227                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 1 << 24);
228                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, 2 * PTRS_PER_PTE);
229                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
230                 list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
231                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
232         }
233         return table;
234 }
235
236 void page_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
237 {
238         struct page *page;
239         unsigned int bit, mask;
240
241         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
242         if (!mm_alloc_pgste(mm)) {
243                 /* Free 2K page table fragment of a 4K page */
244                 bit = (__pa(table) & ~PAGE_MASK)/(PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t));
245                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
246                 mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, 1U << (bit + 24));
247                 mask >>= 24;
248                 if (mask & 3)
249                         list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
250                 else
251                         list_del(&page->lru);
252                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
253                 if (mask != 0)
254                         return;
255         }
256
257         pgtable_page_dtor(page);
258         __free_page(page);
259 }
260
261 void page_table_free_rcu(struct mmu_gather *tlb, unsigned long *table,
262                          unsigned long vmaddr)
263 {
264         struct mm_struct *mm;
265         struct page *page;
266         unsigned int bit, mask;
267
268         mm = tlb->mm;
269         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
270         if (mm_alloc_pgste(mm)) {
271                 gmap_unlink(mm, table, vmaddr);
272                 table = (unsigned long *) (__pa(table) | 3);
273                 tlb_remove_table(tlb, table);
274                 return;
275         }
276         bit = (__pa(table) & ~PAGE_MASK) / (PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t));
277         spin_lock_bh(&mm->context.lock);
278         mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, 0x11U << (bit + 24));
279         mask >>= 24;
280         if (mask & 3)
281                 list_add_tail(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
282         else
283                 list_del(&page->lru);
284         spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
285         table = (unsigned long *) (__pa(table) | (1U << bit));
286         tlb_remove_table(tlb, table);
287 }
288
289 static void __tlb_remove_table(void *_table)
290 {
291         unsigned int mask = (unsigned long) _table & 3;
292         void *table = (void *)((unsigned long) _table ^ mask);
293         struct page *page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
294
295         switch (mask) {
296         case 0:         /* pmd, pud, or p4d */
297                 free_pages((unsigned long) table, 2);
298                 break;
299         case 1:         /* lower 2K of a 4K page table */
300         case 2:         /* higher 2K of a 4K page table */
301                 mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, mask << (4 + 24));
302                 mask >>= 24;
303                 if (mask != 0)
304                         break;
305                 /* fallthrough */
306         case 3:         /* 4K page table with pgstes */
307                 pgtable_page_dtor(page);
308                 __free_page(page);
309                 break;
310         }
311 }
312
313 static void tlb_remove_table_smp_sync(void *arg)
314 {
315         /* Simply deliver the interrupt */
316 }
317
318 static void tlb_remove_table_one(void *table)
319 {
320         /*
321          * This isn't an RCU grace period and hence the page-tables cannot be
322          * assumed to be actually RCU-freed.
323          *
324          * It is however sufficient for software page-table walkers that rely
325          * on IRQ disabling. See the comment near struct mmu_table_batch.
326          */
327         smp_call_function(tlb_remove_table_smp_sync, NULL, 1);
328         __tlb_remove_table(table);
329 }
330
331 static void tlb_remove_table_rcu(struct rcu_head *head)
332 {
333         struct mmu_table_batch *batch;
334         int i;
335
336         batch = container_of(head, struct mmu_table_batch, rcu);
337
338         for (i = 0; i < batch->nr; i++)
339                 __tlb_remove_table(batch->tables[i]);
340
341         free_page((unsigned long)batch);
342 }
343
344 void tlb_table_flush(struct mmu_gather *tlb)
345 {
346         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
347
348         if (*batch) {
349                 call_rcu_sched(&(*batch)->rcu, tlb_remove_table_rcu);
350                 *batch = NULL;
351         }
352 }
353
354 void tlb_remove_table(struct mmu_gather *tlb, void *table)
355 {
356         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
357
358         tlb->mm->context.flush_mm = 1;
359         if (*batch == NULL) {
360                 *batch = (struct mmu_table_batch *)
361                         __get_free_page(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
362                 if (*batch == NULL) {
363                         __tlb_flush_mm_lazy(tlb->mm);
364                         tlb_remove_table_one(table);
365                         return;
366                 }
367                 (*batch)->nr = 0;
368         }
369         (*batch)->tables[(*batch)->nr++] = table;
370         if ((*batch)->nr == MAX_TABLE_BATCH)
371                 tlb_flush_mmu(tlb);
372 }
373
374 /*
375  * Base infrastructure required to generate basic asces, region, segment,
376  * and page tables that do not make use of enhanced features like EDAT1.
377  */
378
379 static struct kmem_cache *base_pgt_cache;
380
381 static unsigned long base_pgt_alloc(void)
382 {
383         u64 *table;
384
385         table = kmem_cache_alloc(base_pgt_cache, GFP_KERNEL);
386         if (table)
387                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
388         return (unsigned long) table;
389 }
390
391 static void base_pgt_free(unsigned long table)
392 {
393         kmem_cache_free(base_pgt_cache, (void *) table);
394 }
395
396 static unsigned long base_crst_alloc(unsigned long val)
397 {
398         unsigned long table;
399
400         table =  __get_free_pages(GFP_KERNEL, CRST_ALLOC_ORDER);
401         if (table)
402                 crst_table_init((unsigned long *)table, val);
403         return table;
404 }
405
406 static void base_crst_free(unsigned long table)
407 {
408         free_pages(table, CRST_ALLOC_ORDER);
409 }
410
411 #define BASE_ADDR_END_FUNC(NAME, SIZE)                                  \
412 static inline unsigned long base_##NAME##_addr_end(unsigned long addr,  \
413                                                    unsigned long end)   \
414 {                                                                       \
415         unsigned long next = (addr + (SIZE)) & ~((SIZE) - 1);           \
416                                                                         \
417         return (next - 1) < (end - 1) ? next : end;                     \
418 }
419
420 BASE_ADDR_END_FUNC(page,    _PAGE_SIZE)
421 BASE_ADDR_END_FUNC(segment, _SEGMENT_SIZE)
422 BASE_ADDR_END_FUNC(region3, _REGION3_SIZE)
423 BASE_ADDR_END_FUNC(region2, _REGION2_SIZE)
424 BASE_ADDR_END_FUNC(region1, _REGION1_SIZE)
425
426 static inline unsigned long base_lra(unsigned long address)
427 {
428         unsigned long real;
429
430         asm volatile(
431                 "       lra     %0,0(%1)\n"
432                 : "=d" (real) : "a" (address) : "cc");
433         return real;
434 }
435
436 static int base_page_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
437                           unsigned long end, int alloc)
438 {
439         unsigned long *pte, next;
440
441         if (!alloc)
442                 return 0;
443         pte = (unsigned long *) origin;
444         pte += (addr & _PAGE_INDEX) >> _PAGE_SHIFT;
445         do {
446                 next = base_page_addr_end(addr, end);
447                 *pte = base_lra(addr);
448         } while (pte++, addr = next, addr < end);
449         return 0;
450 }
451
452 static int base_segment_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
453                              unsigned long end, int alloc)
454 {
455         unsigned long *ste, next, table;
456         int rc;
457
458         ste = (unsigned long *) origin;
459         ste += (addr & _SEGMENT_INDEX) >> _SEGMENT_SHIFT;
460         do {
461                 next = base_segment_addr_end(addr, end);
462                 if (*ste & _SEGMENT_ENTRY_INVALID) {
463                         if (!alloc)
464                                 continue;
465                         table = base_pgt_alloc();
466                         if (!table)
467                                 return -ENOMEM;
468                         *ste = table | _SEGMENT_ENTRY;
469                 }
470                 table = *ste & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN;
471                 rc = base_page_walk(table, addr, next, alloc);
472                 if (rc)
473                         return rc;
474                 if (!alloc)
475                         base_pgt_free(table);
476                 cond_resched();
477         } while (ste++, addr = next, addr < end);
478         return 0;
479 }
480
481 static int base_region3_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
482                              unsigned long end, int alloc)
483 {
484         unsigned long *rtte, next, table;
485         int rc;
486
487         rtte = (unsigned long *) origin;
488         rtte += (addr & _REGION3_INDEX) >> _REGION3_SHIFT;
489         do {
490                 next = base_region3_addr_end(addr, end);
491                 if (*rtte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
492                         if (!alloc)
493                                 continue;
494                         table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
495                         if (!table)
496                                 return -ENOMEM;
497                         *rtte = table | _REGION3_ENTRY;
498                 }
499                 table = *rtte & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
500                 rc = base_segment_walk(table, addr, next, alloc);
501                 if (rc)
502                         return rc;
503                 if (!alloc)
504                         base_crst_free(table);
505         } while (rtte++, addr = next, addr < end);
506         return 0;
507 }
508
509 static int base_region2_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
510                              unsigned long end, int alloc)
511 {
512         unsigned long *rste, next, table;
513         int rc;
514
515         rste = (unsigned long *) origin;
516         rste += (addr & _REGION2_INDEX) >> _REGION2_SHIFT;
517         do {
518                 next = base_region2_addr_end(addr, end);
519                 if (*rste & _REGION_ENTRY_INVALID) {
520                         if (!alloc)
521                                 continue;
522                         table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
523                         if (!table)
524                                 return -ENOMEM;
525                         *rste = table | _REGION2_ENTRY;
526                 }
527                 table = *rste & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
528                 rc = base_region3_walk(table, addr, next, alloc);
529                 if (rc)
530                         return rc;
531                 if (!alloc)
532                         base_crst_free(table);
533         } while (rste++, addr = next, addr < end);
534         return 0;
535 }
536
537 static int base_region1_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
538                              unsigned long end, int alloc)
539 {
540         unsigned long *rfte, next, table;
541         int rc;
542
543         rfte = (unsigned long *) origin;
544         rfte += (addr & _REGION1_INDEX) >> _REGION1_SHIFT;
545         do {
546                 next = base_region1_addr_end(addr, end);
547                 if (*rfte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
548                         if (!alloc)
549                                 continue;
550                         table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
551                         if (!table)
552                                 return -ENOMEM;
553                         *rfte = table | _REGION1_ENTRY;
554                 }
555                 table = *rfte & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
556                 rc = base_region2_walk(table, addr, next, alloc);
557                 if (rc)
558                         return rc;
559                 if (!alloc)
560                         base_crst_free(table);
561         } while (rfte++, addr = next, addr < end);
562         return 0;
563 }
564
565 /**
566  * base_asce_free - free asce and tables returned from base_asce_alloc()
567  * @asce: asce to be freed
568  *
569  * Frees all region, segment, and page tables that were allocated with a
570  * corresponding base_asce_alloc() call.
571  */
572 void base_asce_free(unsigned long asce)
573 {
574         unsigned long table = asce & _ASCE_ORIGIN;
575
576         if (!asce)
577                 return;
578         switch (asce & _ASCE_TYPE_MASK) {
579         case _ASCE_TYPE_SEGMENT:
580                 base_segment_walk(table, 0, _REGION3_SIZE, 0);
581                 break;
582         case _ASCE_TYPE_REGION3:
583                 base_region3_walk(table, 0, _REGION2_SIZE, 0);
584                 break;
585         case _ASCE_TYPE_REGION2:
586                 base_region2_walk(table, 0, _REGION1_SIZE, 0);
587                 break;
588         case _ASCE_TYPE_REGION1:
589                 base_region1_walk(table, 0, -_PAGE_SIZE, 0);
590                 break;
591         }
592         base_crst_free(table);
593 }
594
595 static int base_pgt_cache_init(void)
596 {
597         static DEFINE_MUTEX(base_pgt_cache_mutex);
598         unsigned long sz = _PAGE_TABLE_SIZE;
599
600         if (base_pgt_cache)
601                 return 0;
602         mutex_lock(&base_pgt_cache_mutex);
603         if (!base_pgt_cache)
604                 base_pgt_cache = kmem_cache_create("base_pgt", sz, sz, 0, NULL);
605         mutex_unlock(&base_pgt_cache_mutex);
606         return base_pgt_cache ? 0 : -ENOMEM;
607 }
608
609 /**
610  * base_asce_alloc - create kernel mapping without enhanced DAT features
611  * @addr: virtual start address of kernel mapping
612  * @num_pages: number of consecutive pages
613  *
614  * Generate an asce, including all required region, segment and page tables,
615  * that can be used to access the virtual kernel mapping. The difference is
616  * that the returned asce does not make use of any enhanced DAT features like
617  * e.g. large pages. This is required for some I/O functions that pass an
618  * asce, like e.g. some service call requests.
619  *
620  * Note: the returned asce may NEVER be attached to any cpu. It may only be
621  *       used for I/O requests. tlb entries that might result because the
622  *       asce was attached to a cpu won't be cleared.
623  */
624 unsigned long base_asce_alloc(unsigned long addr, unsigned long num_pages)
625 {
626         unsigned long asce, table, end;
627         int rc;
628
629         if (base_pgt_cache_init())
630                 return 0;
631         end = addr + num_pages * PAGE_SIZE;
632         if (end <= _REGION3_SIZE) {
633                 table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
634                 if (!table)
635                         return 0;
636                 rc = base_segment_walk(table, addr, end, 1);
637                 asce = table | _ASCE_TYPE_SEGMENT | _ASCE_TABLE_LENGTH;
638         } else if (end <= _REGION2_SIZE) {
639                 table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
640                 if (!table)
641                         return 0;
642                 rc = base_region3_walk(table, addr, end, 1);
643                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION3 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
644         } else if (end <= _REGION1_SIZE) {
645                 table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
646                 if (!table)
647                         return 0;
648                 rc = base_region2_walk(table, addr, end, 1);
649                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION2 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
650         } else {
651                 table = base_crst_alloc(_REGION1_ENTRY_EMPTY);
652                 if (!table)
653                         return 0;
654                 rc = base_region1_walk(table, addr, end, 1);
655                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION1 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
656         }
657         if (rc) {
658                 base_asce_free(asce);
659                 asce = 0;
660         }
661         return asce;
662 }