mm/sparse-vmemmap.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Virtual Memory Map support
   4  *
   5  * (C) 2007 sgi. Christoph Lameter.
   6  *
   7  * Virtual memory maps allow VM primitives pfn_to_page, page_to_pfn,
   8  * virt_to_page, page_address() to be implemented as a base offset
   9  * calculation without memory access.
  10  *
  11  * However, virtual mappings need a page table and TLBs. Many Linux
  12  * architectures already map their physical space using 1-1 mappings
  13  * via TLBs. For those arches the virtual memory map is essentially
  14  * for free if we use the same page size as the 1-1 mappings. In that
  15  * case the overhead consists of a few additional pages that are
  16  * allocated to create a view of memory for vmemmap.
  17  *
  18  * The architecture is expected to provide a vmemmap_populate() function
  19  * to instantiate the mapping.
  20  */
  21 #include <linux/mm.h>
  22 #include <linux/mmzone.h>
  23 #include <linux/memblock.h>
  24 #include <linux/memremap.h>
  25 #include <linux/highmem.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/spinlock.h>
  28 #include <linux/vmalloc.h>
  29 #include <linux/sched.h>
  30 #include <asm/dma.h>
  31 #include <asm/pgalloc.h>
  32
  33 /*
  34  * Allocate a block of memory to be used to back the virtual memory map
  35  * or to back the page tables that are used to create the mapping.
  36  * Uses the main allocators if they are available, else bootmem.
  37  */
  38
  39 static void * __ref __earlyonly_bootmem_alloc(int node,
  40                                 unsigned long size,
  41                                 unsigned long align,
  42                                 unsigned long goal)
  43 {
  44         return memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, goal,
  45                                                MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE, node);
  46 }
  47
  48 void * __meminit vmemmap_alloc_block(unsigned long size, int node)
  49 {
  50         /* If the main allocator is up use that, fallback to bootmem. */
  51         if (slab_is_available()) {
  52                 gfp_t gfp_mask = GFP_KERNEL|__GFP_RETRY_MAYFAIL|__GFP_NOWARN;
  53                 int order = get_order(size);
  54                 static bool warned;
  55                 struct page *page;
  56
  57                 page = alloc_pages_node(node, gfp_mask, order);
  58                 if (page)
  59                         return page_address(page);
  60
  61                 if (!warned) {
  62                         warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, NULL,
  63                                    "vmemmap alloc failure: order:%u", order);
  64                         warned = true;
  65                 }
  66                 return NULL;
  67         } else
  68                 return __earlyonly_bootmem_alloc(node, size, size,
  69                                 __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
  70 }
  71
  72 /* need to make sure size is all the same during early stage */
  73 void * __meminit vmemmap_alloc_block_buf(unsigned long size, int node)
  74 {
  75         void *ptr = sparse_buffer_alloc(size);
  76
  77         if (!ptr)
  78                 ptr = vmemmap_alloc_block(size, node);
  79         return ptr;
  80 }
  81
  82 static unsigned long __meminit vmem_altmap_next_pfn(struct vmem_altmap *altmap)
  83 {
  84         return altmap->base_pfn + altmap->reserve + altmap->alloc
  85                 + altmap->align;
  86 }
  87
  88 static unsigned long __meminit vmem_altmap_nr_free(struct vmem_altmap *altmap)
  89 {
  90         unsigned long allocated = altmap->alloc + altmap->align;
  91
  92         if (altmap->free > allocated)
  93                 return altmap->free - allocated;
  94         return 0;
  95 }
  96
  97 /**
  98  * altmap_alloc_block_buf - allocate pages from the device page map
  99  * @altmap:     device page map
 100  * @size:       size (in bytes) of the allocation
 101  *
 102  * Allocations are aligned to the size of the request.
 103  */
 104 void * __meminit altmap_alloc_block_buf(unsigned long size,
 105                 struct vmem_altmap *altmap)
 106 {
 107         unsigned long pfn, nr_pfns, nr_align;
 108
 109         if (size & ~PAGE_MASK) {
 110                 pr_warn_once("%s: allocations must be multiple of PAGE_SIZE (%ld)\n",
 111                                 __func__, size);
 112                 return NULL;
 113         }
 114
 115         pfn = vmem_altmap_next_pfn(altmap);
 116         nr_pfns = size >> PAGE_SHIFT;
 117         nr_align = 1UL << find_first_bit(&nr_pfns, BITS_PER_LONG);
 118         nr_align = ALIGN(pfn, nr_align) - pfn;
 119         if (nr_pfns + nr_align > vmem_altmap_nr_free(altmap))
 120                 return NULL;
 121
 122         altmap->alloc += nr_pfns;
 123         altmap->align += nr_align;
 124         pfn += nr_align;
 125
 126         pr_debug("%s: pfn: %#lx alloc: %ld align: %ld nr: %#lx\n",
 127                         __func__, pfn, altmap->alloc, altmap->align, nr_pfns);
 128         return __va(__pfn_to_phys(pfn));
 129 }
 130
 131 void __meminit vmemmap_verify(pte_t *pte, int node,
 132                                 unsigned long start, unsigned long end)
 133 {
 134         unsigned long pfn = pte_pfn(*pte);
 135         int actual_node = early_pfn_to_nid(pfn);
 136
 137         if (node_distance(actual_node, node) > LOCAL_DISTANCE)
 138                 pr_warn("[%lx-%lx] potential offnode page_structs\n",
 139                         start, end - 1);
 140 }
 141
 142 pte_t * __meminit vmemmap_pte_populate(pmd_t *pmd, unsigned long addr, int node)
 143 {
 144         pte_t *pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 145         if (pte_none(*pte)) {
 146                 pte_t entry;
 147                 void *p = vmemmap_alloc_block_buf(PAGE_SIZE, node);
 148                 if (!p)
 149                         return NULL;
 150                 entry = pfn_pte(__pa(p) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL);
 151                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry);
 152         }
 153         return pte;
 154 }
 155
 156 static void * __meminit vmemmap_alloc_block_zero(unsigned long size, int node)
 157 {
 158         void *p = vmemmap_alloc_block(size, node);
 159
 160         if (!p)
 161                 return NULL;
 162         memset(p, 0, size);
 163
 164         return p;
 165 }
 166
 167 pmd_t * __meminit vmemmap_pmd_populate(pud_t *pud, unsigned long addr, int node)
 168 {
 169         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
 170         if (pmd_none(*pmd)) {
 171                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 172                 if (!p)
 173                         return NULL;
 174                 pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, p);
 175         }
 176         return pmd;
 177 }
 178
 179 pud_t * __meminit vmemmap_pud_populate(p4d_t *p4d, unsigned long addr, int node)
 180 {
 181         pud_t *pud = pud_offset(p4d, addr);
 182         if (pud_none(*pud)) {
 183                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 184                 if (!p)
 185                         return NULL;
 186                 pud_populate(&init_mm, pud, p);
 187         }
 188         return pud;
 189 }
 190
 191 p4d_t * __meminit vmemmap_p4d_populate(pgd_t *pgd, unsigned long addr, int node)
 192 {
 193         p4d_t *p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 194         if (p4d_none(*p4d)) {
 195                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 196                 if (!p)
 197                         return NULL;
 198                 p4d_populate(&init_mm, p4d, p);
 199         }
 200         return p4d;
 201 }
 202
 203 pgd_t * __meminit vmemmap_pgd_populate(unsigned long addr, int node)
 204 {
 205         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 206         if (pgd_none(*pgd)) {
 207                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 208                 if (!p)
 209                         return NULL;
 210                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p);
 211         }
 212         return pgd;
 213 }
 214
 215 int __meminit vmemmap_populate_basepages(unsigned long start,
 216                                          unsigned long end, int node)
 217 {
 218         unsigned long addr = start;
 219         pgd_t *pgd;
 220         p4d_t *p4d;
 221         pud_t *pud;
 222         pmd_t *pmd;
 223         pte_t *pte;
 224
 225         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 226                 pgd = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
 227                 if (!pgd)
 228                         return -ENOMEM;
 229                 p4d = vmemmap_p4d_populate(pgd, addr, node);
 230                 if (!p4d)
 231                         return -ENOMEM;
 232                 pud = vmemmap_pud_populate(p4d, addr, node);
 233                 if (!pud)
 234                         return -ENOMEM;
 235                 pmd = vmemmap_pmd_populate(pud, addr, node);
 236                 if (!pmd)
 237                         return -ENOMEM;
 238                 pte = vmemmap_pte_populate(pmd, addr, node);
 239                 if (!pte)
 240                         return -ENOMEM;
 241                 vmemmap_verify(pte, node, addr, addr + PAGE_SIZE);
 242         }
 243
 244         return 0;
 245 }
 246
 247 struct page * __meminit __populate_section_memmap(unsigned long pfn,
 248                 unsigned long nr_pages, int nid, struct vmem_altmap *altmap)
 249 {
 250         unsigned long start;
 251         unsigned long end;
 252
 253         /*
 254          * The minimum granularity of memmap extensions is
 255          * PAGES_PER_SUBSECTION as allocations are tracked in the
 256          * 'subsection_map' bitmap of the section.
 257          */
 258         end = ALIGN(pfn + nr_pages, PAGES_PER_SUBSECTION);
 259         pfn &= PAGE_SUBSECTION_MASK;
 260         nr_pages = end - pfn;
 261
 262         start = (unsigned long) pfn_to_page(pfn);
 263         end = start + nr_pages * sizeof(struct page);
 264
 265         if (vmemmap_populate(start, end, nid, altmap))
 266                 return NULL;
 267
 268         return pfn_to_page(pfn);
 269 }