mm/debug_vm_pgtable.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * This kernel test validates architecture page table helpers and
   4  * accessors and helps in verifying their continued compliance with
   5  * expected generic MM semantics.
   6  *
   7  * Copyright (C) 2019 ARM Ltd.
   8  *
   9  * Author: Anshuman Khandual <anshuman.khandual@arm.com>
  10  */
  11 #define pr_fmt(fmt) "debug_vm_pgtable: [%-25s]: " fmt, __func__
  12
  13 #include <linux/gfp.h>
  14 #include <linux/highmem.h>
  15 #include <linux/hugetlb.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/kconfig.h>
  18 #include <linux/memblock.h>
  19 #include <linux/mm.h>
  20 #include <linux/mman.h>
  21 #include <linux/mm_types.h>
  22 #include <linux/module.h>
  23 #include <linux/pfn_t.h>
  24 #include <linux/printk.h>
  25 #include <linux/pgtable.h>
  26 #include <linux/random.h>
  27 #include <linux/spinlock.h>
  28 #include <linux/swap.h>
  29 #include <linux/swapops.h>
  30 #include <linux/start_kernel.h>
  31 #include <linux/sched/mm.h>
  32 #include <linux/io.h>
  33
  34 #include <asm/cacheflush.h>
  35 #include <asm/pgalloc.h>
  36 #include <asm/tlbflush.h>
  37
  38 /*
  39  * Please refer Documentation/mm/arch_pgtable_helpers.rst for the semantics
  40  * expectations that are being validated here. All future changes in here
  41  * or the documentation need to be in sync.
  42  *
  43  * On s390 platform, the lower 4 bits are used to identify given page table
  44  * entry type. But these bits might affect the ability to clear entries with
  45  * pxx_clear() because of how dynamic page table folding works on s390. So
  46  * while loading up the entries do not change the lower 4 bits. It does not
  47  * have affect any other platform. Also avoid the 62nd bit on ppc64 that is
  48  * used to mark a pte entry.
  49  */
  50 #define S390_SKIP_MASK          GENMASK(3, 0)
  51 #if __BITS_PER_LONG == 64
  52 #define PPC64_SKIP_MASK         GENMASK(62, 62)
  53 #else
  54 #define PPC64_SKIP_MASK         0x0
  55 #endif
  56 #define ARCH_SKIP_MASK (S390_SKIP_MASK | PPC64_SKIP_MASK)
  57 #define RANDOM_ORVALUE (GENMASK(BITS_PER_LONG - 1, 0) & ~ARCH_SKIP_MASK)
  58 #define RANDOM_NZVALUE  GENMASK(7, 0)
  59
  60 struct pgtable_debug_args {
  61         struct mm_struct        *mm;
  62         struct vm_area_struct   *vma;
  63
  64         pgd_t                   *pgdp;
  65         p4d_t                   *p4dp;
  66         pud_t                   *pudp;
  67         pmd_t                   *pmdp;
  68         pte_t                   *ptep;
  69
  70         p4d_t                   *start_p4dp;
  71         pud_t                   *start_pudp;
  72         pmd_t                   *start_pmdp;
  73         pgtable_t               start_ptep;
  74
  75         unsigned long           vaddr;
  76         pgprot_t                page_prot;
  77         pgprot_t                page_prot_none;
  78
  79         bool                    is_contiguous_page;
  80         unsigned long           pud_pfn;
  81         unsigned long           pmd_pfn;
  82         unsigned long           pte_pfn;
  83
  84         unsigned long           fixed_alignment;
  85         unsigned long           fixed_pgd_pfn;
  86         unsigned long           fixed_p4d_pfn;
  87         unsigned long           fixed_pud_pfn;
  88         unsigned long           fixed_pmd_pfn;
  89         unsigned long           fixed_pte_pfn;
  90 };
  91
  92 static void __init pte_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx)
  93 {
  94         pgprot_t prot = vm_get_page_prot(idx);
  95         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, prot);
  96         unsigned long val = idx, *ptr = &val;
  97
  98         pr_debug("Validating PTE basic (%pGv)\n", ptr);
  99
 100         /*
 101          * This test needs to be executed after the given page table entry
 102          * is created with pfn_pte() to make sure that vm_get_page_prot(idx)
 103          * does not have the dirty bit enabled from the beginning. This is
 104          * important for platforms like arm64 where (!PTE_RDONLY) indicate
 105          * dirty bit being set.
 106          */
 107         WARN_ON(pte_dirty(pte_wrprotect(pte)));
 108
 109         WARN_ON(!pte_same(pte, pte));
 110         WARN_ON(!pte_young(pte_mkyoung(pte_mkold(pte))));
 111         WARN_ON(!pte_dirty(pte_mkdirty(pte_mkclean(pte))));
 112         WARN_ON(!pte_write(pte_mkwrite(pte_wrprotect(pte), args->vma)));
 113         WARN_ON(pte_young(pte_mkold(pte_mkyoung(pte))));
 114         WARN_ON(pte_dirty(pte_mkclean(pte_mkdirty(pte))));
 115         WARN_ON(pte_write(pte_wrprotect(pte_mkwrite(pte, args->vma))));
 116         WARN_ON(pte_dirty(pte_wrprotect(pte_mkclean(pte))));
 117         WARN_ON(!pte_dirty(pte_wrprotect(pte_mkdirty(pte))));
 118 }
 119
 120 static void __init pte_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 121 {
 122         struct page *page;
 123         pte_t pte;
 124
 125         /*
 126          * Architectures optimize set_pte_at by avoiding TLB flush.
 127          * This requires set_pte_at to be not used to update an
 128          * existing pte entry. Clear pte before we do set_pte_at
 129          *
 130          * flush_dcache_page() is called after set_pte_at() to clear
 131          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 132          * when it's released and page allocation check will fail when
 133          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 134          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 135          */
 136         page = (args->pte_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pte_pfn) : NULL;
 137         if (!page)
 138                 return;
 139
 140         pr_debug("Validating PTE advanced\n");
 141         if (WARN_ON(!args->ptep))
 142                 return;
 143
 144         pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 145         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 146         flush_dcache_page(page);
 147         ptep_set_wrprotect(args->mm, args->vaddr, args->ptep);
 148         pte = ptep_get(args->ptep);
 149         WARN_ON(pte_write(pte));
 150         ptep_get_and_clear(args->mm, args->vaddr, args->ptep);
 151         pte = ptep_get(args->ptep);
 152         WARN_ON(!pte_none(pte));
 153
 154         pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 155         pte = pte_wrprotect(pte);
 156         pte = pte_mkclean(pte);
 157         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 158         flush_dcache_page(page);
 159         pte = pte_mkwrite(pte, args->vma);
 160         pte = pte_mkdirty(pte);
 161         ptep_set_access_flags(args->vma, args->vaddr, args->ptep, pte, 1);
 162         pte = ptep_get(args->ptep);
 163         WARN_ON(!(pte_write(pte) && pte_dirty(pte)));
 164         ptep_get_and_clear_full(args->mm, args->vaddr, args->ptep, 1);
 165         pte = ptep_get(args->ptep);
 166         WARN_ON(!pte_none(pte));
 167
 168         pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 169         pte = pte_mkyoung(pte);
 170         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 171         flush_dcache_page(page);
 172         ptep_test_and_clear_young(args->vma, args->vaddr, args->ptep);
 173         pte = ptep_get(args->ptep);
 174         WARN_ON(pte_young(pte));
 175
 176         ptep_get_and_clear_full(args->mm, args->vaddr, args->ptep, 1);
 177 }
 178
 179 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 180 static void __init pmd_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx)
 181 {
 182         pgprot_t prot = vm_get_page_prot(idx);
 183         unsigned long val = idx, *ptr = &val;
 184         pmd_t pmd;
 185
 186         if (!has_transparent_hugepage())
 187                 return;
 188
 189         pr_debug("Validating PMD basic (%pGv)\n", ptr);
 190         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, prot);
 191
 192         /*
 193          * This test needs to be executed after the given page table entry
 194          * is created with pfn_pmd() to make sure that vm_get_page_prot(idx)
 195          * does not have the dirty bit enabled from the beginning. This is
 196          * important for platforms like arm64 where (!PTE_RDONLY) indicate
 197          * dirty bit being set.
 198          */
 199         WARN_ON(pmd_dirty(pmd_wrprotect(pmd)));
 200
 201
 202         WARN_ON(!pmd_same(pmd, pmd));
 203         WARN_ON(!pmd_young(pmd_mkyoung(pmd_mkold(pmd))));
 204         WARN_ON(!pmd_dirty(pmd_mkdirty(pmd_mkclean(pmd))));
 205         WARN_ON(!pmd_write(pmd_mkwrite(pmd_wrprotect(pmd), args->vma)));
 206         WARN_ON(pmd_young(pmd_mkold(pmd_mkyoung(pmd))));
 207         WARN_ON(pmd_dirty(pmd_mkclean(pmd_mkdirty(pmd))));
 208         WARN_ON(pmd_write(pmd_wrprotect(pmd_mkwrite(pmd, args->vma))));
 209         WARN_ON(pmd_dirty(pmd_wrprotect(pmd_mkclean(pmd))));
 210         WARN_ON(!pmd_dirty(pmd_wrprotect(pmd_mkdirty(pmd))));
 211         /*
 212          * A huge page does not point to next level page table
 213          * entry. Hence this must qualify as pmd_bad().
 214          */
 215         WARN_ON(!pmd_bad(pmd_mkhuge(pmd)));
 216 }
 217
 218 static void __init pmd_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 219 {
 220         struct page *page;
 221         pmd_t pmd;
 222         unsigned long vaddr = args->vaddr;
 223
 224         if (!has_transparent_hugepage())
 225                 return;
 226
 227         page = (args->pmd_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pmd_pfn) : NULL;
 228         if (!page)
 229                 return;
 230
 231         /*
 232          * flush_dcache_page() is called after set_pmd_at() to clear
 233          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 234          * when it's released and page allocation check will fail when
 235          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 236          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 237          */
 238         pr_debug("Validating PMD advanced\n");
 239         /* Align the address wrt HPAGE_PMD_SIZE */
 240         vaddr &= HPAGE_PMD_MASK;
 241
 242         pgtable_trans_huge_deposit(args->mm, args->pmdp, args->start_ptep);
 243
 244         pmd = pfn_pmd(args->pmd_pfn, args->page_prot);
 245         set_pmd_at(args->mm, vaddr, args->pmdp, pmd);
 246         flush_dcache_page(page);
 247         pmdp_set_wrprotect(args->mm, vaddr, args->pmdp);
 248         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 249         WARN_ON(pmd_write(pmd));
 250         pmdp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pmdp);
 251         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 252         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 253
 254         pmd = pfn_pmd(args->pmd_pfn, args->page_prot);
 255         pmd = pmd_wrprotect(pmd);
 256         pmd = pmd_mkclean(pmd);
 257         set_pmd_at(args->mm, vaddr, args->pmdp, pmd);
 258         flush_dcache_page(page);
 259         pmd = pmd_mkwrite(pmd, args->vma);
 260         pmd = pmd_mkdirty(pmd);
 261         pmdp_set_access_flags(args->vma, vaddr, args->pmdp, pmd, 1);
 262         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 263         WARN_ON(!(pmd_write(pmd) && pmd_dirty(pmd)));
 264         pmdp_huge_get_and_clear_full(args->vma, vaddr, args->pmdp, 1);
 265         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 266         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 267
 268         pmd = pmd_mkhuge(pfn_pmd(args->pmd_pfn, args->page_prot));
 269         pmd = pmd_mkyoung(pmd);
 270         set_pmd_at(args->mm, vaddr, args->pmdp, pmd);
 271         flush_dcache_page(page);
 272         pmdp_test_and_clear_young(args->vma, vaddr, args->pmdp);
 273         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 274         WARN_ON(pmd_young(pmd));
 275
 276         /*  Clear the pte entries  */
 277         pmdp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pmdp);
 278         pgtable_trans_huge_withdraw(args->mm, args->pmdp);
 279 }
 280
 281 static void __init pmd_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 282 {
 283         pmd_t pmd;
 284
 285         if (!has_transparent_hugepage())
 286                 return;
 287
 288         pr_debug("Validating PMD leaf\n");
 289         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 290
 291         /*
 292          * PMD based THP is a leaf entry.
 293          */
 294         pmd = pmd_mkhuge(pmd);
 295         WARN_ON(!pmd_leaf(pmd));
 296 }
 297
 298 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD
 299 static void __init pud_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx)
 300 {
 301         pgprot_t prot = vm_get_page_prot(idx);
 302         unsigned long val = idx, *ptr = &val;
 303         pud_t pud;
 304
 305         if (!has_transparent_pud_hugepage())
 306                 return;
 307
 308         pr_debug("Validating PUD basic (%pGv)\n", ptr);
 309         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, prot);
 310
 311         /*
 312          * This test needs to be executed after the given page table entry
 313          * is created with pfn_pud() to make sure that vm_get_page_prot(idx)
 314          * does not have the dirty bit enabled from the beginning. This is
 315          * important for platforms like arm64 where (!PTE_RDONLY) indicate
 316          * dirty bit being set.
 317          */
 318         WARN_ON(pud_dirty(pud_wrprotect(pud)));
 319
 320         WARN_ON(!pud_same(pud, pud));
 321         WARN_ON(!pud_young(pud_mkyoung(pud_mkold(pud))));
 322         WARN_ON(!pud_dirty(pud_mkdirty(pud_mkclean(pud))));
 323         WARN_ON(pud_dirty(pud_mkclean(pud_mkdirty(pud))));
 324         WARN_ON(!pud_write(pud_mkwrite(pud_wrprotect(pud))));
 325         WARN_ON(pud_write(pud_wrprotect(pud_mkwrite(pud))));
 326         WARN_ON(pud_young(pud_mkold(pud_mkyoung(pud))));
 327         WARN_ON(pud_dirty(pud_wrprotect(pud_mkclean(pud))));
 328         WARN_ON(!pud_dirty(pud_wrprotect(pud_mkdirty(pud))));
 329
 330         if (mm_pmd_folded(args->mm))
 331                 return;
 332
 333         /*
 334          * A huge page does not point to next level page table
 335          * entry. Hence this must qualify as pud_bad().
 336          */
 337         WARN_ON(!pud_bad(pud_mkhuge(pud)));
 338 }
 339
 340 static void __init pud_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 341 {
 342         struct page *page;
 343         unsigned long vaddr = args->vaddr;
 344         pud_t pud;
 345
 346         if (!has_transparent_pud_hugepage())
 347                 return;
 348
 349         page = (args->pud_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pud_pfn) : NULL;
 350         if (!page)
 351                 return;
 352
 353         /*
 354          * flush_dcache_page() is called after set_pud_at() to clear
 355          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 356          * when it's released and page allocation check will fail when
 357          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 358          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 359          */
 360         pr_debug("Validating PUD advanced\n");
 361         /* Align the address wrt HPAGE_PUD_SIZE */
 362         vaddr &= HPAGE_PUD_MASK;
 363
 364         pud = pfn_pud(args->pud_pfn, args->page_prot);
 365         /*
 366          * Some architectures have debug checks to make sure
 367          * huge pud mapping are only found with devmap entries
 368          * For now test with only devmap entries.
 369          */
 370         pud = pud_mkdevmap(pud);
 371         set_pud_at(args->mm, vaddr, args->pudp, pud);
 372         flush_dcache_page(page);
 373         pudp_set_wrprotect(args->mm, vaddr, args->pudp);
 374         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 375         WARN_ON(pud_write(pud));
 376
 377 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 378         pudp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pudp);
 379         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 380         WARN_ON(!pud_none(pud));
 381 #endif /* __PAGETABLE_PMD_FOLDED */
 382         pud = pfn_pud(args->pud_pfn, args->page_prot);
 383         pud = pud_mkdevmap(pud);
 384         pud = pud_wrprotect(pud);
 385         pud = pud_mkclean(pud);
 386         set_pud_at(args->mm, vaddr, args->pudp, pud);
 387         flush_dcache_page(page);
 388         pud = pud_mkwrite(pud);
 389         pud = pud_mkdirty(pud);
 390         pudp_set_access_flags(args->vma, vaddr, args->pudp, pud, 1);
 391         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 392         WARN_ON(!(pud_write(pud) && pud_dirty(pud)));
 393
 394 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 395         pudp_huge_get_and_clear_full(args->vma, vaddr, args->pudp, 1);
 396         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 397         WARN_ON(!pud_none(pud));
 398 #endif /* __PAGETABLE_PMD_FOLDED */
 399
 400         pud = pfn_pud(args->pud_pfn, args->page_prot);
 401         pud = pud_mkdevmap(pud);
 402         pud = pud_mkyoung(pud);
 403         set_pud_at(args->mm, vaddr, args->pudp, pud);
 404         flush_dcache_page(page);
 405         pudp_test_and_clear_young(args->vma, vaddr, args->pudp);
 406         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 407         WARN_ON(pud_young(pud));
 408
 409         pudp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pudp);
 410 }
 411
 412 static void __init pud_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 413 {
 414         pud_t pud;
 415
 416         if (!has_transparent_pud_hugepage())
 417                 return;
 418
 419         pr_debug("Validating PUD leaf\n");
 420         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, args->page_prot);
 421         /*
 422          * PUD based THP is a leaf entry.
 423          */
 424         pud = pud_mkhuge(pud);
 425         WARN_ON(!pud_leaf(pud));
 426 }
 427 #else  /* !CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 428 static void __init pud_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx) { }
 429 static void __init pud_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 430 static void __init pud_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 431 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 432 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 433 static void __init pmd_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx) { }
 434 static void __init pud_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx) { }
 435 static void __init pmd_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 436 static void __init pud_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 437 static void __init pmd_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 438 static void __init pud_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 439 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 440
 441 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
 442 static void __init pmd_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 443 {
 444         pmd_t pmd;
 445
 446         if (!arch_vmap_pmd_supported(args->page_prot) ||
 447             args->fixed_alignment < PMD_SIZE)
 448                 return;
 449
 450         pr_debug("Validating PMD huge\n");
 451         /*
 452          * X86 defined pmd_set_huge() verifies that the given
 453          * PMD is not a populated non-leaf entry.
 454          */
 455         WRITE_ONCE(*args->pmdp, __pmd(0));
 456         WARN_ON(!pmd_set_huge(args->pmdp, __pfn_to_phys(args->fixed_pmd_pfn), args->page_prot));
 457         WARN_ON(!pmd_clear_huge(args->pmdp));
 458         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 459         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 460 }
 461
 462 static void __init pud_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 463 {
 464         pud_t pud;
 465
 466         if (!arch_vmap_pud_supported(args->page_prot) ||
 467             args->fixed_alignment < PUD_SIZE)
 468                 return;
 469
 470         pr_debug("Validating PUD huge\n");
 471         /*
 472          * X86 defined pud_set_huge() verifies that the given
 473          * PUD is not a populated non-leaf entry.
 474          */
 475         WRITE_ONCE(*args->pudp, __pud(0));
 476         WARN_ON(!pud_set_huge(args->pudp, __pfn_to_phys(args->fixed_pud_pfn), args->page_prot));
 477         WARN_ON(!pud_clear_huge(args->pudp));
 478         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 479         WARN_ON(!pud_none(pud));
 480 }
 481 #else /* !CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
 482 static void __init pmd_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 483 static void __init pud_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 484 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
 485
 486 static void __init p4d_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 487 {
 488         p4d_t p4d;
 489
 490         pr_debug("Validating P4D basic\n");
 491         memset(&p4d, RANDOM_NZVALUE, sizeof(p4d_t));
 492         WARN_ON(!p4d_same(p4d, p4d));
 493 }
 494
 495 static void __init pgd_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 496 {
 497         pgd_t pgd;
 498
 499         pr_debug("Validating PGD basic\n");
 500         memset(&pgd, RANDOM_NZVALUE, sizeof(pgd_t));
 501         WARN_ON(!pgd_same(pgd, pgd));
 502 }
 503
 504 #ifndef __PAGETABLE_PUD_FOLDED
 505 static void __init pud_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 506 {
 507         pud_t pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 508
 509         if (mm_pmd_folded(args->mm))
 510                 return;
 511
 512         pr_debug("Validating PUD clear\n");
 513         pud = __pud(pud_val(pud) | RANDOM_ORVALUE);
 514         WRITE_ONCE(*args->pudp, pud);
 515         pud_clear(args->pudp);
 516         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 517         WARN_ON(!pud_none(pud));
 518 }
 519
 520 static void __init pud_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 521 {
 522         pud_t pud;
 523
 524         if (mm_pmd_folded(args->mm))
 525                 return;
 526
 527         pr_debug("Validating PUD populate\n");
 528         /*
 529          * This entry points to next level page table page.
 530          * Hence this must not qualify as pud_bad().
 531          */
 532         pud_populate(args->mm, args->pudp, args->start_pmdp);
 533         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 534         WARN_ON(pud_bad(pud));
 535 }
 536 #else  /* !__PAGETABLE_PUD_FOLDED */
 537 static void __init pud_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 538 static void __init pud_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 539 #endif /* PAGETABLE_PUD_FOLDED */
 540
 541 #ifndef __PAGETABLE_P4D_FOLDED
 542 static void __init p4d_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 543 {
 544         p4d_t p4d = READ_ONCE(*args->p4dp);
 545
 546         if (mm_pud_folded(args->mm))
 547                 return;
 548
 549         pr_debug("Validating P4D clear\n");
 550         p4d = __p4d(p4d_val(p4d) | RANDOM_ORVALUE);
 551         WRITE_ONCE(*args->p4dp, p4d);
 552         p4d_clear(args->p4dp);
 553         p4d = READ_ONCE(*args->p4dp);
 554         WARN_ON(!p4d_none(p4d));
 555 }
 556
 557 static void __init p4d_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 558 {
 559         p4d_t p4d;
 560
 561         if (mm_pud_folded(args->mm))
 562                 return;
 563
 564         pr_debug("Validating P4D populate\n");
 565         /*
 566          * This entry points to next level page table page.
 567          * Hence this must not qualify as p4d_bad().
 568          */
 569         pud_clear(args->pudp);
 570         p4d_clear(args->p4dp);
 571         p4d_populate(args->mm, args->p4dp, args->start_pudp);
 572         p4d = READ_ONCE(*args->p4dp);
 573         WARN_ON(p4d_bad(p4d));
 574 }
 575
 576 static void __init pgd_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 577 {
 578         pgd_t pgd = READ_ONCE(*(args->pgdp));
 579
 580         if (mm_p4d_folded(args->mm))
 581                 return;
 582
 583         pr_debug("Validating PGD clear\n");
 584         pgd = __pgd(pgd_val(pgd) | RANDOM_ORVALUE);
 585         WRITE_ONCE(*args->pgdp, pgd);
 586         pgd_clear(args->pgdp);
 587         pgd = READ_ONCE(*args->pgdp);
 588         WARN_ON(!pgd_none(pgd));
 589 }
 590
 591 static void __init pgd_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 592 {
 593         pgd_t pgd;
 594
 595         if (mm_p4d_folded(args->mm))
 596                 return;
 597
 598         pr_debug("Validating PGD populate\n");
 599         /*
 600          * This entry points to next level page table page.
 601          * Hence this must not qualify as pgd_bad().
 602          */
 603         p4d_clear(args->p4dp);
 604         pgd_clear(args->pgdp);
 605         pgd_populate(args->mm, args->pgdp, args->start_p4dp);
 606         pgd = READ_ONCE(*args->pgdp);
 607         WARN_ON(pgd_bad(pgd));
 608 }
 609 #else  /* !__PAGETABLE_P4D_FOLDED */
 610 static void __init p4d_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 611 static void __init pgd_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 612 static void __init p4d_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 613 static void __init pgd_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 614 #endif /* PAGETABLE_P4D_FOLDED */
 615
 616 static void __init pte_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 617 {
 618         struct page *page;
 619         pte_t pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 620
 621         page = (args->pte_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pte_pfn) : NULL;
 622         if (!page)
 623                 return;
 624
 625         /*
 626          * flush_dcache_page() is called after set_pte_at() to clear
 627          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 628          * when it's released and page allocation check will fail when
 629          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 630          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 631          */
 632         pr_debug("Validating PTE clear\n");
 633         if (WARN_ON(!args->ptep))
 634                 return;
 635
 636 #ifndef CONFIG_RISCV
 637         pte = __pte(pte_val(pte) | RANDOM_ORVALUE);
 638 #endif
 639         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 640         flush_dcache_page(page);
 641         barrier();
 642         ptep_clear(args->mm, args->vaddr, args->ptep);
 643         pte = ptep_get(args->ptep);
 644         WARN_ON(!pte_none(pte));
 645 }
 646
 647 static void __init pmd_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 648 {
 649         pmd_t pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 650
 651         pr_debug("Validating PMD clear\n");
 652         pmd = __pmd(pmd_val(pmd) | RANDOM_ORVALUE);
 653         WRITE_ONCE(*args->pmdp, pmd);
 654         pmd_clear(args->pmdp);
 655         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 656         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 657 }
 658
 659 static void __init pmd_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 660 {
 661         pmd_t pmd;
 662
 663         pr_debug("Validating PMD populate\n");
 664         /*
 665          * This entry points to next level page table page.
 666          * Hence this must not qualify as pmd_bad().
 667          */
 668         pmd_populate(args->mm, args->pmdp, args->start_ptep);
 669         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 670         WARN_ON(pmd_bad(pmd));
 671 }
 672
 673 static void __init pte_special_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 674 {
 675         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 676
 677         if (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL))
 678                 return;
 679
 680         pr_debug("Validating PTE special\n");
 681         WARN_ON(!pte_special(pte_mkspecial(pte)));
 682 }
 683
 684 static void __init pte_protnone_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 685 {
 686         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot_none);
 687
 688         if (!IS_ENABLED(CONFIG_NUMA_BALANCING))
 689                 return;
 690
 691         pr_debug("Validating PTE protnone\n");
 692         WARN_ON(!pte_protnone(pte));
 693         WARN_ON(!pte_present(pte));
 694 }
 695
 696 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 697 static void __init pmd_protnone_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 698 {
 699         pmd_t pmd;
 700
 701         if (!IS_ENABLED(CONFIG_NUMA_BALANCING))
 702                 return;
 703
 704         if (!has_transparent_hugepage())
 705                 return;
 706
 707         pr_debug("Validating PMD protnone\n");
 708         pmd = pmd_mkhuge(pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot_none));
 709         WARN_ON(!pmd_protnone(pmd));
 710         WARN_ON(!pmd_present(pmd));
 711 }
 712 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 713 static void __init pmd_protnone_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 714 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 715
 716 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_PTE_DEVMAP
 717 static void __init pte_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 718 {
 719         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 720
 721         pr_debug("Validating PTE devmap\n");
 722         WARN_ON(!pte_devmap(pte_mkdevmap(pte)));
 723 }
 724
 725 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 726 static void __init pmd_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 727 {
 728         pmd_t pmd;
 729
 730         if (!has_transparent_hugepage())
 731                 return;
 732
 733         pr_debug("Validating PMD devmap\n");
 734         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 735         WARN_ON(!pmd_devmap(pmd_mkdevmap(pmd)));
 736 }
 737
 738 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD
 739 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 740 {
 741         pud_t pud;
 742
 743         if (!has_transparent_pud_hugepage())
 744                 return;
 745
 746         pr_debug("Validating PUD devmap\n");
 747         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, args->page_prot);
 748         WARN_ON(!pud_devmap(pud_mkdevmap(pud)));
 749 }
 750 #else  /* !CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 751 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 752 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 753 #else  /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 754 static void __init pmd_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 755 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 756 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 757 #else
 758 static void __init pte_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 759 static void __init pmd_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 760 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 761 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_PTE_DEVMAP */
 762
 763 static void __init pte_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 764 {
 765         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 766
 767         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY))
 768                 return;
 769
 770         pr_debug("Validating PTE soft dirty\n");
 771         WARN_ON(!pte_soft_dirty(pte_mksoft_dirty(pte)));
 772         WARN_ON(pte_soft_dirty(pte_clear_soft_dirty(pte)));
 773 }
 774
 775 static void __init pte_swap_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 776 {
 777         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 778
 779         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY))
 780                 return;
 781
 782         pr_debug("Validating PTE swap soft dirty\n");
 783         WARN_ON(!pte_swp_soft_dirty(pte_swp_mksoft_dirty(pte)));
 784         WARN_ON(pte_swp_soft_dirty(pte_swp_clear_soft_dirty(pte)));
 785 }
 786
 787 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 788 static void __init pmd_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 789 {
 790         pmd_t pmd;
 791
 792         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY))
 793                 return;
 794
 795         if (!has_transparent_hugepage())
 796                 return;
 797
 798         pr_debug("Validating PMD soft dirty\n");
 799         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 800         WARN_ON(!pmd_soft_dirty(pmd_mksoft_dirty(pmd)));
 801         WARN_ON(pmd_soft_dirty(pmd_clear_soft_dirty(pmd)));
 802 }
 803
 804 static void __init pmd_swap_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 805 {
 806         pmd_t pmd;
 807
 808         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY) ||
 809                 !IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION))
 810                 return;
 811
 812         if (!has_transparent_hugepage())
 813                 return;
 814
 815         pr_debug("Validating PMD swap soft dirty\n");
 816         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 817         WARN_ON(!pmd_swp_soft_dirty(pmd_swp_mksoft_dirty(pmd)));
 818         WARN_ON(pmd_swp_soft_dirty(pmd_swp_clear_soft_dirty(pmd)));
 819 }
 820 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 821 static void __init pmd_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 822 static void __init pmd_swap_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 823 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 824
 825 static void __init pte_swap_exclusive_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 826 {
 827         unsigned long max_swap_offset;
 828         swp_entry_t entry, entry2;
 829         pte_t pte;
 830
 831         pr_debug("Validating PTE swap exclusive\n");
 832
 833         /* See generic_max_swapfile_size(): probe the maximum offset */
 834         max_swap_offset = swp_offset(pte_to_swp_entry(swp_entry_to_pte(swp_entry(0, ~0UL))));
 835
 836         /* Create a swp entry with all possible bits set */
 837         entry = swp_entry((1 << MAX_SWAPFILES_SHIFT) - 1, max_swap_offset);
 838
 839         pte = swp_entry_to_pte(entry);
 840         WARN_ON(pte_swp_exclusive(pte));
 841         WARN_ON(!is_swap_pte(pte));
 842         entry2 = pte_to_swp_entry(pte);
 843         WARN_ON(memcmp(&entry, &entry2, sizeof(entry)));
 844
 845         pte = pte_swp_mkexclusive(pte);
 846         WARN_ON(!pte_swp_exclusive(pte));
 847         WARN_ON(!is_swap_pte(pte));
 848         WARN_ON(pte_swp_soft_dirty(pte));
 849         entry2 = pte_to_swp_entry(pte);
 850         WARN_ON(memcmp(&entry, &entry2, sizeof(entry)));
 851
 852         pte = pte_swp_clear_exclusive(pte);
 853         WARN_ON(pte_swp_exclusive(pte));
 854         WARN_ON(!is_swap_pte(pte));
 855         entry2 = pte_to_swp_entry(pte);
 856         WARN_ON(memcmp(&entry, &entry2, sizeof(entry)));
 857 }
 858
 859 static void __init pte_swap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 860 {
 861         swp_entry_t swp;
 862         pte_t pte;
 863
 864         pr_debug("Validating PTE swap\n");
 865         pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 866         swp = __pte_to_swp_entry(pte);
 867         pte = __swp_entry_to_pte(swp);
 868         WARN_ON(args->fixed_pte_pfn != pte_pfn(pte));
 869 }
 870
 871 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
 872 static void __init pmd_swap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 873 {
 874         swp_entry_t swp;
 875         pmd_t pmd;
 876
 877         if (!has_transparent_hugepage())
 878                 return;
 879
 880         pr_debug("Validating PMD swap\n");
 881         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 882         swp = __pmd_to_swp_entry(pmd);
 883         pmd = __swp_entry_to_pmd(swp);
 884         WARN_ON(args->fixed_pmd_pfn != pmd_pfn(pmd));
 885 }
 886 #else  /* !CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION */
 887 static void __init pmd_swap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 888 #endif /* CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION */
 889
 890 static void __init swap_migration_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 891 {
 892         struct page *page;
 893         swp_entry_t swp;
 894
 895         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MIGRATION))
 896                 return;
 897
 898         /*
 899          * swap_migration_tests() requires a dedicated page as it needs to
 900          * be locked before creating a migration entry from it. Locking the
 901          * page that actually maps kernel text ('start_kernel') can be real
 902          * problematic. Lets use the allocated page explicitly for this
 903          * purpose.
 904          */
 905         page = (args->pte_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pte_pfn) : NULL;
 906         if (!page)
 907                 return;
 908
 909         pr_debug("Validating swap migration\n");
 910
 911         /*
 912          * make_[readable|writable]_migration_entry() expects given page to
 913          * be locked, otherwise it stumbles upon a BUG_ON().
 914          */
 915         __SetPageLocked(page);
 916         swp = make_writable_migration_entry(page_to_pfn(page));
 917         WARN_ON(!is_migration_entry(swp));
 918         WARN_ON(!is_writable_migration_entry(swp));
 919
 920         swp = make_readable_migration_entry(swp_offset(swp));
 921         WARN_ON(!is_migration_entry(swp));
 922         WARN_ON(is_writable_migration_entry(swp));
 923
 924         swp = make_readable_migration_entry(page_to_pfn(page));
 925         WARN_ON(!is_migration_entry(swp));
 926         WARN_ON(is_writable_migration_entry(swp));
 927         __ClearPageLocked(page);
 928 }
 929
 930 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 931 static void __init hugetlb_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 932 {
 933         struct page *page;
 934         pte_t pte;
 935
 936         pr_debug("Validating HugeTLB basic\n");
 937         /*
 938          * Accessing the page associated with the pfn is safe here,
 939          * as it was previously derived from a real kernel symbol.
 940          */
 941         page = pfn_to_page(args->fixed_pmd_pfn);
 942         pte = mk_huge_pte(page, args->page_prot);
 943
 944         WARN_ON(!huge_pte_dirty(huge_pte_mkdirty(pte)));
 945         WARN_ON(!huge_pte_write(huge_pte_mkwrite(huge_pte_wrprotect(pte))));
 946         WARN_ON(huge_pte_write(huge_pte_wrprotect(huge_pte_mkwrite(pte))));
 947
 948 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_GENERAL_HUGETLB
 949         pte = pfn_pte(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 950
 951         WARN_ON(!pte_huge(arch_make_huge_pte(pte, PMD_SHIFT, VM_ACCESS_FLAGS)));
 952 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_GENERAL_HUGETLB */
 953 }
 954 #else  /* !CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 955 static void __init hugetlb_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 956 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 957
 958 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 959 static void __init pmd_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 960 {
 961         pmd_t pmd;
 962
 963         if (!has_transparent_hugepage())
 964                 return;
 965
 966         pr_debug("Validating PMD based THP\n");
 967         /*
 968          * pmd_trans_huge() and pmd_present() must return positive after
 969          * MMU invalidation with pmd_mkinvalid(). This behavior is an
 970          * optimization for transparent huge page. pmd_trans_huge() must
 971          * be true if pmd_page() returns a valid THP to avoid taking the
 972          * pmd_lock when others walk over non transhuge pmds (i.e. there
 973          * are no THP allocated). Especially when splitting a THP and
 974          * removing the present bit from the pmd, pmd_trans_huge() still
 975          * needs to return true. pmd_present() should be true whenever
 976          * pmd_trans_huge() returns true.
 977          */
 978         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 979         WARN_ON(!pmd_trans_huge(pmd_mkhuge(pmd)));
 980
 981 #ifndef __HAVE_ARCH_PMDP_INVALIDATE
 982         WARN_ON(!pmd_trans_huge(pmd_mkinvalid(pmd_mkhuge(pmd))));
 983         WARN_ON(!pmd_present(pmd_mkinvalid(pmd_mkhuge(pmd))));
 984 #endif /* __HAVE_ARCH_PMDP_INVALIDATE */
 985 }
 986
 987 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD
 988 static void __init pud_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 989 {
 990         pud_t pud;
 991
 992         if (!has_transparent_pud_hugepage())
 993                 return;
 994
 995         pr_debug("Validating PUD based THP\n");
 996         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, args->page_prot);
 997         WARN_ON(!pud_trans_huge(pud_mkhuge(pud)));
 998
 999         /*
1000          * pud_mkinvalid() has been dropped for now. Enable back
1001          * these tests when it comes back with a modified pud_present().
1002          *
1003          * WARN_ON(!pud_trans_huge(pud_mkinvalid(pud_mkhuge(pud))));
1004          * WARN_ON(!pud_present(pud_mkinvalid(pud_mkhuge(pud))));
1005          */
1006 }
1007 #else  /* !CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
1008 static void __init pud_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
1009 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
1010 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1011 static void __init pmd_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
1012 static void __init pud_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
1013 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1014
1015 static unsigned long __init get_random_vaddr(void)
1016 {
1017         unsigned long random_vaddr, random_pages, total_user_pages;
1018
1019         total_user_pages = (TASK_SIZE - FIRST_USER_ADDRESS) / PAGE_SIZE;
1020
1021         random_pages = get_random_long() % total_user_pages;
1022         random_vaddr = FIRST_USER_ADDRESS + random_pages * PAGE_SIZE;
1023
1024         return random_vaddr;
1025 }
1026
1027 static void __init destroy_args(struct pgtable_debug_args *args)
1028 {
1029         struct page *page = NULL;
1030
1031         /* Free (huge) page */
1032         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1033             has_transparent_pud_hugepage() &&
1034             args->pud_pfn != ULONG_MAX) {
1035                 if (args->is_contiguous_page) {
1036                         free_contig_range(args->pud_pfn,
1037                                           (1 << (HPAGE_PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT)));
1038                 } else {
1039                         page = pfn_to_page(args->pud_pfn);
1040                         __free_pages(page, HPAGE_PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
1041                 }
1042
1043                 args->pud_pfn = ULONG_MAX;
1044                 args->pmd_pfn = ULONG_MAX;
1045                 args->pte_pfn = ULONG_MAX;
1046         }
1047
1048         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1049             has_transparent_hugepage() &&
1050             args->pmd_pfn != ULONG_MAX) {
1051                 if (args->is_contiguous_page) {
1052                         free_contig_range(args->pmd_pfn, (1 << HPAGE_PMD_ORDER));
1053                 } else {
1054                         page = pfn_to_page(args->pmd_pfn);
1055                         __free_pages(page, HPAGE_PMD_ORDER);
1056                 }
1057
1058                 args->pmd_pfn = ULONG_MAX;
1059                 args->pte_pfn = ULONG_MAX;
1060         }
1061
1062         if (args->pte_pfn != ULONG_MAX) {
1063                 page = pfn_to_page(args->pte_pfn);
1064                 __free_page(page);
1065
1066                 args->pte_pfn = ULONG_MAX;
1067         }
1068
1069         /* Free page table entries */
1070         if (args->start_ptep) {
1071                 pte_free(args->mm, args->start_ptep);
1072                 mm_dec_nr_ptes(args->mm);
1073         }
1074
1075         if (args->start_pmdp) {
1076                 pmd_free(args->mm, args->start_pmdp);
1077                 mm_dec_nr_pmds(args->mm);
1078         }
1079
1080         if (args->start_pudp) {
1081                 pud_free(args->mm, args->start_pudp);
1082                 mm_dec_nr_puds(args->mm);
1083         }
1084
1085         if (args->start_p4dp)
1086                 p4d_free(args->mm, args->start_p4dp);
1087
1088         /* Free vma and mm struct */
1089         if (args->vma)
1090                 vm_area_free(args->vma);
1091
1092         if (args->mm)
1093                 mmdrop(args->mm);
1094 }
1095
1096 static struct page * __init
1097 debug_vm_pgtable_alloc_huge_page(struct pgtable_debug_args *args, int order)
1098 {
1099         struct page *page = NULL;
1100
1101 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
1102         if (order > MAX_PAGE_ORDER) {
1103                 page = alloc_contig_pages((1 << order), GFP_KERNEL,
1104                                           first_online_node, NULL);
1105                 if (page) {
1106                         args->is_contiguous_page = true;
1107                         return page;
1108                 }
1109         }
1110 #endif
1111
1112         if (order <= MAX_PAGE_ORDER)
1113                 page = alloc_pages(GFP_KERNEL, order);
1114
1115         return page;
1116 }
1117
1118 /*
1119  * Check if a physical memory range described by <pstart, pend> contains
1120  * an area that is of size psize, and aligned to psize.
1121  *
1122  * Don't use address 0, an all-zeroes physical address might mask bugs, and
1123  * it's not used on x86.
1124  */
1125 static void  __init phys_align_check(phys_addr_t pstart,
1126                                      phys_addr_t pend, unsigned long psize,
1127                                      phys_addr_t *physp, unsigned long *alignp)
1128 {
1129         phys_addr_t aligned_start, aligned_end;
1130
1131         if (pstart == 0)
1132                 pstart = PAGE_SIZE;
1133
1134         aligned_start = ALIGN(pstart, psize);
1135         aligned_end = aligned_start + psize;
1136
1137         if (aligned_end > aligned_start && aligned_end <= pend) {
1138                 *alignp = psize;
1139                 *physp = aligned_start;
1140         }
1141 }
1142
1143 static void __init init_fixed_pfns(struct pgtable_debug_args *args)
1144 {
1145         u64 idx;
1146         phys_addr_t phys, pstart, pend;
1147
1148         /*
1149          * Initialize the fixed pfns. To do this, try to find a
1150          * valid physical range, preferably aligned to PUD_SIZE,
1151          * but settling for aligned to PMD_SIZE as a fallback. If
1152          * neither of those is found, use the physical address of
1153          * the start_kernel symbol.
1154          *
1155          * The memory doesn't need to be allocated, it just needs to exist
1156          * as usable memory. It won't be touched.
1157          *
1158          * The alignment is recorded, and can be checked to see if we
1159          * can run the tests that require an actual valid physical
1160          * address range on some architectures ({pmd,pud}_huge_test
1161          * on x86).
1162          */
1163
1164         phys = __pa_symbol(&start_kernel);
1165         args->fixed_alignment = PAGE_SIZE;
1166
1167         for_each_mem_range(idx, &pstart, &pend) {
1168                 /* First check for a PUD-aligned area */
1169                 phys_align_check(pstart, pend, PUD_SIZE, &phys,
1170                                  &args->fixed_alignment);
1171
1172                 /* If a PUD-aligned area is found, we're done */
1173                 if (args->fixed_alignment == PUD_SIZE)
1174                         break;
1175
1176                 /*
1177                  * If no PMD-aligned area found yet, check for one,
1178                  * but continue the loop to look for a PUD-aligned area.
1179                  */
1180                 if (args->fixed_alignment < PMD_SIZE)
1181                         phys_align_check(pstart, pend, PMD_SIZE, &phys,
1182                                          &args->fixed_alignment);
1183         }
1184
1185         args->fixed_pgd_pfn = __phys_to_pfn(phys & PGDIR_MASK);
1186         args->fixed_p4d_pfn = __phys_to_pfn(phys & P4D_MASK);
1187         args->fixed_pud_pfn = __phys_to_pfn(phys & PUD_MASK);
1188         args->fixed_pmd_pfn = __phys_to_pfn(phys & PMD_MASK);
1189         args->fixed_pte_pfn = __phys_to_pfn(phys & PAGE_MASK);
1190         WARN_ON(!pfn_valid(args->fixed_pte_pfn));
1191 }
1192
1193
1194 static int __init init_args(struct pgtable_debug_args *args)
1195 {
1196         struct page *page = NULL;
1197         int ret = 0;
1198
1199         /*
1200          * Initialize the debugging data.
1201          *
1202          * vm_get_page_prot(VM_NONE) or vm_get_page_prot(VM_SHARED|VM_NONE)
1203          * will help create page table entries with PROT_NONE permission as
1204          * required for pxx_protnone_tests().
1205          */
1206         memset(args, 0, sizeof(*args));
1207         args->vaddr              = get_random_vaddr();
1208         args->page_prot          = vm_get_page_prot(VM_ACCESS_FLAGS);
1209         args->page_prot_none     = vm_get_page_prot(VM_NONE);
1210         args->is_contiguous_page = false;
1211         args->pud_pfn            = ULONG_MAX;
1212         args->pmd_pfn            = ULONG_MAX;
1213         args->pte_pfn            = ULONG_MAX;
1214         args->fixed_pgd_pfn      = ULONG_MAX;
1215         args->fixed_p4d_pfn      = ULONG_MAX;
1216         args->fixed_pud_pfn      = ULONG_MAX;
1217         args->fixed_pmd_pfn      = ULONG_MAX;
1218         args->fixed_pte_pfn      = ULONG_MAX;
1219
1220         /* Allocate mm and vma */
1221         args->mm = mm_alloc();
1222         if (!args->mm) {
1223                 pr_err("Failed to allocate mm struct\n");
1224                 ret = -ENOMEM;
1225                 goto error;
1226         }
1227
1228         args->vma = vm_area_alloc(args->mm);
1229         if (!args->vma) {
1230                 pr_err("Failed to allocate vma\n");
1231                 ret = -ENOMEM;
1232                 goto error;
1233         }
1234
1235         /*
1236          * Allocate page table entries. They will be modified in the tests.
1237          * Lets save the page table entries so that they can be released
1238          * when the tests are completed.
1239          */
1240         args->pgdp = pgd_offset(args->mm, args->vaddr);
1241         args->p4dp = p4d_alloc(args->mm, args->pgdp, args->vaddr);
1242         if (!args->p4dp) {
1243                 pr_err("Failed to allocate p4d entries\n");
1244                 ret = -ENOMEM;
1245                 goto error;
1246         }
1247         args->start_p4dp = p4d_offset(args->pgdp, 0UL);
1248         WARN_ON(!args->start_p4dp);
1249
1250         args->pudp = pud_alloc(args->mm, args->p4dp, args->vaddr);
1251         if (!args->pudp) {
1252                 pr_err("Failed to allocate pud entries\n");
1253                 ret = -ENOMEM;
1254                 goto error;
1255         }
1256         args->start_pudp = pud_offset(args->p4dp, 0UL);
1257         WARN_ON(!args->start_pudp);
1258
1259         args->pmdp = pmd_alloc(args->mm, args->pudp, args->vaddr);
1260         if (!args->pmdp) {
1261                 pr_err("Failed to allocate pmd entries\n");
1262                 ret = -ENOMEM;
1263                 goto error;
1264         }
1265         args->start_pmdp = pmd_offset(args->pudp, 0UL);
1266         WARN_ON(!args->start_pmdp);
1267
1268         if (pte_alloc(args->mm, args->pmdp)) {
1269                 pr_err("Failed to allocate pte entries\n");
1270                 ret = -ENOMEM;
1271                 goto error;
1272         }
1273         args->start_ptep = pmd_pgtable(READ_ONCE(*args->pmdp));
1274         WARN_ON(!args->start_ptep);
1275
1276         init_fixed_pfns(args);
1277
1278         /*
1279          * Allocate (huge) pages because some of the tests need to access
1280          * the data in the pages. The corresponding tests will be skipped
1281          * if we fail to allocate (huge) pages.
1282          */
1283         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1284             has_transparent_pud_hugepage()) {
1285                 page = debug_vm_pgtable_alloc_huge_page(args,
1286                                 HPAGE_PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
1287                 if (page) {
1288                         args->pud_pfn = page_to_pfn(page);
1289                         args->pmd_pfn = args->pud_pfn;
1290                         args->pte_pfn = args->pud_pfn;
1291                         return 0;
1292                 }
1293         }
1294
1295         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1296             has_transparent_hugepage()) {
1297                 page = debug_vm_pgtable_alloc_huge_page(args, HPAGE_PMD_ORDER);
1298                 if (page) {
1299                         args->pmd_pfn = page_to_pfn(page);
1300                         args->pte_pfn = args->pmd_pfn;
1301                         return 0;
1302                 }
1303         }
1304
1305         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
1306         if (page)
1307                 args->pte_pfn = page_to_pfn(page);
1308
1309         return 0;
1310
1311 error:
1312         destroy_args(args);
1313         return ret;
1314 }
1315
1316 static int __init debug_vm_pgtable(void)
1317 {
1318         struct pgtable_debug_args args;
1319         spinlock_t *ptl = NULL;
1320         int idx, ret;
1321
1322         pr_info("Validating architecture page table helpers\n");
1323         ret = init_args(&args);
1324         if (ret)
1325                 return ret;
1326
1327         /*
1328          * Iterate over each possible vm_flags to make sure that all
1329          * the basic page table transformation validations just hold
1330          * true irrespective of the starting protection value for a
1331          * given page table entry.
1332          *
1333          * Protection based vm_flags combinations are always linear
1334          * and increasing i.e starting from VM_NONE and going up to
1335          * (VM_SHARED | READ | WRITE | EXEC).
1336          */
1337 #define VM_FLAGS_START  (VM_NONE)
1338 #define VM_FLAGS_END    (VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ)
1339
1340         for (idx = VM_FLAGS_START; idx <= VM_FLAGS_END; idx++) {
1341                 pte_basic_tests(&args, idx);
1342                 pmd_basic_tests(&args, idx);
1343                 pud_basic_tests(&args, idx);
1344         }
1345
1346         /*
1347          * Both P4D and PGD level tests are very basic which do not
1348          * involve creating page table entries from the protection
1349          * value and the given pfn. Hence just keep them out from
1350          * the above iteration for now to save some test execution
1351          * time.
1352          */
1353         p4d_basic_tests(&args);
1354         pgd_basic_tests(&args);
1355
1356         pmd_leaf_tests(&args);
1357         pud_leaf_tests(&args);
1358
1359         pte_special_tests(&args);
1360         pte_protnone_tests(&args);
1361         pmd_protnone_tests(&args);
1362
1363         pte_devmap_tests(&args);
1364         pmd_devmap_tests(&args);
1365         pud_devmap_tests(&args);
1366
1367         pte_soft_dirty_tests(&args);
1368         pmd_soft_dirty_tests(&args);
1369         pte_swap_soft_dirty_tests(&args);
1370         pmd_swap_soft_dirty_tests(&args);
1371
1372         pte_swap_exclusive_tests(&args);
1373
1374         pte_swap_tests(&args);
1375         pmd_swap_tests(&args);
1376
1377         swap_migration_tests(&args);
1378
1379         pmd_thp_tests(&args);
1380         pud_thp_tests(&args);
1381
1382         hugetlb_basic_tests(&args);
1383
1384         /*
1385          * Page table modifying tests. They need to hold
1386          * proper page table lock.
1387          */
1388
1389         args.ptep = pte_offset_map_lock(args.mm, args.pmdp, args.vaddr, &ptl);
1390         pte_clear_tests(&args);
1391         pte_advanced_tests(&args);
1392         if (args.ptep)
1393                 pte_unmap_unlock(args.ptep, ptl);
1394
1395         ptl = pmd_lock(args.mm, args.pmdp);
1396         pmd_clear_tests(&args);
1397         pmd_advanced_tests(&args);
1398         pmd_huge_tests(&args);
1399         pmd_populate_tests(&args);
1400         spin_unlock(ptl);
1401
1402         ptl = pud_lock(args.mm, args.pudp);
1403         pud_clear_tests(&args);
1404         pud_advanced_tests(&args);
1405         pud_huge_tests(&args);
1406         pud_populate_tests(&args);
1407         spin_unlock(ptl);
1408
1409         spin_lock(&(args.mm->page_table_lock));
1410         p4d_clear_tests(&args);
1411         pgd_clear_tests(&args);
1412         p4d_populate_tests(&args);
1413         pgd_populate_tests(&args);
1414         spin_unlock(&(args.mm->page_table_lock));
1415
1416         destroy_args(&args);
1417         return 0;
1418 }
1419 late_initcall(debug_vm_pgtable);