Merge tag 'drm-msm-fixes-2021-05-09' of https://gitlab.freedesktop.org/drm/msm into...
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / x86 / mm / init.c
1 #include <linux/gfp.h>
2 #include <linux/initrd.h>
3 #include <linux/ioport.h>
4 #include <linux/swap.h>
5 #include <linux/memblock.h>
6 #include <linux/swapfile.h>
7 #include <linux/swapops.h>
8 #include <linux/kmemleak.h>
9 #include <linux/sched/task.h>
10
11 #include <asm/set_memory.h>
12 #include <asm/e820/api.h>
13 #include <asm/init.h>
14 #include <asm/page.h>
15 #include <asm/page_types.h>
16 #include <asm/sections.h>
17 #include <asm/setup.h>
18 #include <asm/tlbflush.h>
19 #include <asm/tlb.h>
20 #include <asm/proto.h>
21 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
22 #include <asm/microcode.h>
23 #include <asm/kaslr.h>
24 #include <asm/hypervisor.h>
25 #include <asm/cpufeature.h>
26 #include <asm/pti.h>
27 #include <asm/text-patching.h>
28 #include <asm/memtype.h>
29
30 /*
31  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
32  * is only compiled when SMP=y.
33  */
34 #define CREATE_TRACE_POINTS
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 /* Check that the write-protect PAT entry is set for write-protect */
82 bool x86_has_pat_wp(void)
83 {
84         return __pte2cachemode_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_WP] == _PAGE_CACHE_MODE_WP;
85 }
86
87 enum page_cache_mode pgprot2cachemode(pgprot_t pgprot)
88 {
89         unsigned long masked;
90
91         masked = pgprot_val(pgprot) & _PAGE_CACHE_MASK;
92         if (likely(masked == 0))
93                 return 0;
94         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(masked)];
95 }
96
97 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
98 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
99 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
100
101 static unsigned long min_pfn_mapped;
102
103 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
104
105 /*
106  * Pages returned are already directly mapped.
107  *
108  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
109  *
110  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
111  *
112  * for detailed information.
113  */
114 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
115 {
116         unsigned long pfn;
117         int i;
118
119         if (after_bootmem) {
120                 unsigned int order;
121
122                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
123                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
124         }
125
126         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
127                 unsigned long ret = 0;
128
129                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
130                         ret = memblock_find_in_range(
131                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
132                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
133                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
134                 }
135                 if (ret)
136                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
137                 else if (can_use_brk_pgt)
138                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
139
140                 if (!ret)
141                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
142
143                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
144         } else {
145                 pfn = pgt_buf_end;
146                 pgt_buf_end += num;
147         }
148
149         for (i = 0; i < num; i++) {
150                 void *adr;
151
152                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
153                 clear_page(adr);
154         }
155
156         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
157 }
158
159 /*
160  * By default need to be able to allocate page tables below PGD firstly for
161  * the 0-ISA_END_ADDRESS range and secondly for the initial PMD_SIZE mapping.
162  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory and the
163  * PUD alignment, twice that many pages may be needed when KASLR memory
164  * randomization is enabled.
165  */
166
167 #ifndef CONFIG_X86_5LEVEL
168 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    3
169 #else
170 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    4
171 #endif
172
173 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
174 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (2 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
175 #else
176 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (4 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
177 #endif
178
179 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
180 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
181 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
182 {
183         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
184         phys_addr_t base;
185
186         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
187
188         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
189         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
190         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
191 }
192
193 int after_bootmem;
194
195 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
196
197 struct map_range {
198         unsigned long start;
199         unsigned long end;
200         unsigned page_size_mask;
201 };
202
203 static int page_size_mask;
204
205 /*
206  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
207  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
208  * up after us can get the correct flags. Invoked on the boot CPU.
209  */
210 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
211 {
212         mmu_cr4_features |= mask;
213         if (trampoline_cr4_features)
214                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
215         cr4_set_bits(mask);
216 }
217
218 static void __init probe_page_size_mask(void)
219 {
220         /*
221          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
222          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
223          * large pages into small in interrupt context, etc.
224          */
225         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
226                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
227         else
228                 direct_gbpages = 0;
229
230         /* Enable PSE if available */
231         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
232                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
233
234         /* Enable PGE if available */
235         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
236         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
237                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
238                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
239         }
240
241         /* By the default is everything supported: */
242         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
243         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
244         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
245                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
246
247         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
248         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
249                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
250                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
251         } else {
252                 direct_gbpages = 0;
253         }
254 }
255
256 static void setup_pcid(void)
257 {
258         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
259                 return;
260
261         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
262                 return;
263
264         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
265                 /*
266                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
267                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
268                  * do any good anyway.  Despite the name,
269                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
270                  * the bits in question to remain set all the way through
271                  * the secondary boot asm.
272                  *
273                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
274                  * start_secondary().
275                  */
276                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
277
278                 /*
279                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
280                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
281                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
282                  * no INVPCID support at all.
283                  */
284                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
285                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
286         } else {
287                 /*
288                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
289                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
290                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
291                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
292                  * data if we're on an improperly configured VM.
293                  */
294                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
295         }
296 }
297
298 #ifdef CONFIG_X86_32
299 #define NR_RANGE_MR 3
300 #else /* CONFIG_X86_64 */
301 #define NR_RANGE_MR 5
302 #endif
303
304 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
305                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
306                              unsigned long page_size_mask)
307 {
308         if (start_pfn < end_pfn) {
309                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
310                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
311                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
312                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
313                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
314                 nr_range++;
315         }
316
317         return nr_range;
318 }
319
320 /*
321  * adjust the page_size_mask for small range to go with
322  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
323  */
324 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
325                                                          int nr_range)
326 {
327         int i;
328
329         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
330                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
331                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
332                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
333                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
334
335 #ifdef CONFIG_X86_32
336                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
337                                 continue;
338 #endif
339
340                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
341                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
342                 }
343                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
344                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
345                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
346                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
347
348                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
349                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
350                 }
351         }
352 }
353
354 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
355 {
356         static const char str_1g[] = "1G";
357         static const char str_2m[] = "2M";
358         static const char str_4m[] = "4M";
359         static const char str_4k[] = "4k";
360
361         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
362                 return str_1g;
363         /*
364          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
365          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
366          * print out the right size in the string.
367          */
368         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
369             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
370             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
371                 return str_4m;
372
373         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
374                 return str_2m;
375
376         return str_4k;
377 }
378
379 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
380                                      unsigned long start,
381                                      unsigned long end)
382 {
383         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
384         unsigned long pfn;
385         int i;
386
387         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
388
389         /* head if not big page alignment ? */
390         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
391 #ifdef CONFIG_X86_32
392         /*
393          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
394          * because there are often fixed size MTRRs in there
395          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
396          * slowdowns.
397          */
398         if (pfn == 0)
399                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
400         else
401                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
402 #else /* CONFIG_X86_64 */
403         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
404 #endif
405         if (end_pfn > limit_pfn)
406                 end_pfn = limit_pfn;
407         if (start_pfn < end_pfn) {
408                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
409                 pfn = end_pfn;
410         }
411
412         /* big page (2M) range */
413         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
414 #ifdef CONFIG_X86_32
415         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
416 #else /* CONFIG_X86_64 */
417         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
418         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
419                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
420 #endif
421
422         if (start_pfn < end_pfn) {
423                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
424                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
425                 pfn = end_pfn;
426         }
427
428 #ifdef CONFIG_X86_64
429         /* big page (1G) range */
430         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
431         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
432         if (start_pfn < end_pfn) {
433                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
434                                 page_size_mask &
435                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
436                 pfn = end_pfn;
437         }
438
439         /* tail is not big page (1G) alignment */
440         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
441         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
442         if (start_pfn < end_pfn) {
443                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
444                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
445                 pfn = end_pfn;
446         }
447 #endif
448
449         /* tail is not big page (2M) alignment */
450         start_pfn = pfn;
451         end_pfn = limit_pfn;
452         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
453
454         if (!after_bootmem)
455                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
456
457         /* try to merge same page size and continuous */
458         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
459                 unsigned long old_start;
460                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
461                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
462                         continue;
463                 /* move it */
464                 old_start = mr[i].start;
465                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
466                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
467                 mr[i--].start = old_start;
468                 nr_range--;
469         }
470
471         for (i = 0; i < nr_range; i++)
472                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
473                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
474                                 page_size_string(&mr[i]));
475
476         return nr_range;
477 }
478
479 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
480 int nr_pfn_mapped;
481
482 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
483 {
484         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
485                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
486         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
487
488         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
489
490         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
491                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
492                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
493 }
494
495 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
496 {
497         int i;
498
499         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
500                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
501                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
502                         return true;
503
504         return false;
505 }
506
507 /*
508  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
509  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
510  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
511  */
512 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
513                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
514 {
515         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
516         unsigned long ret = 0;
517         int nr_range, i;
518
519         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
520                start, end - 1);
521
522         memset(mr, 0, sizeof(mr));
523         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
524
525         for (i = 0; i < nr_range; i++)
526                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
527                                                    mr[i].page_size_mask,
528                                                    prot);
529
530         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
531
532         return ret >> PAGE_SHIFT;
533 }
534
535 /*
536  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
537  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
538  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
539  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
540  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
541  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
542  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
543  *
544  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
545  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
546  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
547  */
548 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
549                                            unsigned long r_start,
550                                            unsigned long r_end)
551 {
552         unsigned long start_pfn, end_pfn;
553         unsigned long mapped_ram_size = 0;
554         int i;
555
556         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
557                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
558                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
559                 if (start >= end)
560                         continue;
561
562                 /*
563                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
564                  * alloc pgt buf from memblock instead.
565                  */
566                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
567                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
568                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
569                 mapped_ram_size += end - start;
570                 can_use_brk_pgt = true;
571         }
572
573         return mapped_ram_size;
574 }
575
576 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
577 {
578         /*
579          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
580          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
581          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
582          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
583          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
584          * difference of page table level shifts.
585          *
586          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
587          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
588          * turns it into 0x100000000ULL.
589          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
590          * needs to be taken into consideration by the code below.
591          */
592         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
593 }
594
595 /**
596  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
597  * @map_start: start address of the target memory range
598  * @map_end: end address of the target memory range
599  *
600  * This function will setup direct mapping for memory range
601  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
602  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
603  * memory in top-down.
604  */
605 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
606                                        unsigned long map_end)
607 {
608         unsigned long real_end, last_start;
609         unsigned long step_size;
610         unsigned long addr;
611         unsigned long mapped_ram_size = 0;
612
613         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
614         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
615         real_end = addr + PMD_SIZE;
616
617         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
618         step_size = PMD_SIZE;
619         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
620         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
621         last_start = real_end;
622
623         /*
624          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
625          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
626          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
627          * for page table.
628          */
629         while (last_start > map_start) {
630                 unsigned long start;
631
632                 if (last_start > step_size) {
633                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
634                         if (start < map_start)
635                                 start = map_start;
636                 } else
637                         start = map_start;
638                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
639                                                         last_start);
640                 last_start = start;
641                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
642                 if (mapped_ram_size >= step_size)
643                         step_size = get_new_step_size(step_size);
644         }
645
646         if (real_end < map_end)
647                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
648 }
649
650 /**
651  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
652  * @map_start: start address of the target memory range
653  * @map_end: end address of the target memory range
654  *
655  * This function will setup direct mapping for memory range
656  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
657  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
658  * be allocated just above the kernel and we map the memory
659  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
660  */
661 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
662                                         unsigned long map_end)
663 {
664         unsigned long next, start;
665         unsigned long mapped_ram_size = 0;
666         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
667         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
668
669         start = map_start;
670         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
671
672         /*
673          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
674          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
675          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
676          * for page table.
677          */
678         while (start < map_end) {
679                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
680                         next = round_up(start + 1, step_size);
681                         if (next > map_end)
682                                 next = map_end;
683                 } else {
684                         next = map_end;
685                 }
686
687                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
688                 start = next;
689
690                 if (mapped_ram_size >= step_size)
691                         step_size = get_new_step_size(step_size);
692         }
693 }
694
695 /*
696  * The real mode trampoline, which is required for bootstrapping CPUs
697  * occupies only a small area under the low 1MB.  See reserve_real_mode()
698  * for details.
699  *
700  * If KASLR is disabled the first PGD entry of the direct mapping is copied
701  * to map the real mode trampoline.
702  *
703  * If KASLR is enabled, copy only the PUD which covers the low 1MB
704  * area. This limits the randomization granularity to 1GB for both 4-level
705  * and 5-level paging.
706  */
707 static void __init init_trampoline(void)
708 {
709 #ifdef CONFIG_X86_64
710         if (!kaslr_memory_enabled())
711                 trampoline_pgd_entry = init_top_pgt[pgd_index(__PAGE_OFFSET)];
712         else
713                 init_trampoline_kaslr();
714 #endif
715 }
716
717 void __init init_mem_mapping(void)
718 {
719         unsigned long end;
720
721         pti_check_boottime_disable();
722         probe_page_size_mask();
723         setup_pcid();
724
725 #ifdef CONFIG_X86_64
726         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
727 #else
728         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
729 #endif
730
731         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
732         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
733
734         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
735         init_trampoline();
736
737         /*
738          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
739          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
740          */
741         if (memblock_bottom_up()) {
742                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
743
744                 /*
745                  * we need two separate calls here. This is because we want to
746                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
747                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
748                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
749                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
750                  */
751                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
752                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
753         } else {
754                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
755         }
756
757 #ifdef CONFIG_X86_64
758         if (max_pfn > max_low_pfn) {
759                 /* can we preserve max_low_pfn ?*/
760                 max_low_pfn = max_pfn;
761         }
762 #else
763         early_ioremap_page_table_range_init();
764 #endif
765
766         load_cr3(swapper_pg_dir);
767         __flush_tlb_all();
768
769         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
770
771         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
772 }
773
774 /*
775  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
776  * during patching.
777  */
778 void __init poking_init(void)
779 {
780         spinlock_t *ptl;
781         pte_t *ptep;
782
783         poking_mm = copy_init_mm();
784         BUG_ON(!poking_mm);
785
786         /*
787          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
788          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
789          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
790          */
791         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
792         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
793                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
794                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
795
796         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
797                 poking_addr += PAGE_SIZE;
798
799         /*
800          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
801          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
802          * section, which might cause allocation to fail.
803          */
804         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
805         BUG_ON(!ptep);
806         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
807 }
808
809 /*
810  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
811  * is valid. The argument is a physical page number.
812  *
813  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
814  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
815  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
816  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
817  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
818  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
819  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
820  */
821 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
822 {
823         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
824                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
825                         != REGION_DISJOINT) {
826                 /*
827                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
828                  * request that the page be shown as all zeros.
829                  */
830                 if (pagenr < 256)
831                         return 2;
832
833                 return 0;
834         }
835
836         /*
837          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
838          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
839          */
840         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
841                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
842                 if (pagenr < 256)
843                         return 1;
844
845                 return 0;
846         }
847
848         return 1;
849 }
850
851 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
852 {
853         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
854
855         /* Make sure boundaries are page aligned */
856         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
857         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
858
859         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
860                 begin = begin_aligned;
861                 end   = end_aligned;
862         }
863
864         if (begin >= end)
865                 return;
866
867         /*
868          * If debugging page accesses then do not free this memory but
869          * mark them not present - any buggy init-section access will
870          * create a kernel page fault:
871          */
872         if (debug_pagealloc_enabled()) {
873                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
874                         begin, end - 1);
875                 /*
876                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
877                  * corresponding pages will be unmapped.
878                  */
879                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
880                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
881         } else {
882                 /*
883                  * We just marked the kernel text read only above, now that
884                  * we are going to free part of that, we need to make that
885                  * writeable and non-executable first.
886                  */
887                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
888                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
889
890                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
891                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
892         }
893 }
894
895 /*
896  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
897  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
898  * right thing for either kind of address.
899  */
900 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
901 {
902         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
903         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
904         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
905
906         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
907
908         /*
909          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
910          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
911          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
912          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
913          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
914          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
915          * optimizations PTI is currently using.
916          *
917          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
918          * needed to access the freed pages.
919          *
920          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
921          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
922          */
923         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
924                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
925 }
926
927 void __ref free_initmem(void)
928 {
929         e820__reallocate_tables();
930
931         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
932
933         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
934                                 &__init_begin, &__init_end);
935 }
936
937 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
938 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
939 {
940         /*
941          * end could be not aligned, and We can not align that,
942          * decompressor could be confused by aligned initrd_end
943          * We already reserve the end partial page before in
944          *   - i386_start_kernel()
945          *   - x86_64_start_kernel()
946          *   - relocate_initrd()
947          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
948          */
949         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
950 }
951 #endif
952
953 /*
954  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
955  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
956  * accurately.
957  *
958  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
959  * might benefit from this as well.
960  */
961 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
962 {
963 #ifdef CONFIG_X86_64
964         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
965         unsigned long start_pfn, end_pfn;
966         phys_addr_t start_addr, end_addr;
967         int i;
968         u64 u;
969
970         /*
971          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
972          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
973          */
974         nr_pages = 0;
975         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
976                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
977                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
978
979                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
980         }
981
982         /*
983          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
984          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
985          * pages at the beginning or the end of the range:
986          */
987         nr_free_pages = 0;
988         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
989                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
990                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
991
992                 if (start_pfn < end_pfn)
993                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
994         }
995
996         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
997 #endif
998 }
999
1000 void __init zone_sizes_init(void)
1001 {
1002         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
1003
1004         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
1005
1006 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
1007         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
1008 #endif
1009 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
1010         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
1011 #endif
1012         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
1013 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1014         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
1015 #endif
1016
1017         free_area_init(max_zone_pfns);
1018 }
1019
1020 __visible DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
1021         .loaded_mm = &init_mm,
1022         .next_asid = 1,
1023         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
1024 };
1025
1026 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
1027 {
1028         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
1029         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
1030
1031         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
1032         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
1033 }
1034
1035 #ifdef CONFIG_SWAP
1036 unsigned long max_swapfile_size(void)
1037 {
1038         unsigned long pages;
1039
1040         pages = generic_max_swapfile_size();
1041
1042         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1043                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1044                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1045                 /*
1046                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1047                  * which makes the usable limit higher.
1048                  */
1049 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1050                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1051 #endif
1052                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1053         }
1054         return pages;
1055 }
1056 #endif