arch/arm64/mm/hugetlbpage.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * arch/arm64/mm/hugetlbpage.c
   4  *
   5  * Copyright (C) 2013 Linaro Ltd.
   6  *
   7  * Based on arch/x86/mm/hugetlbpage.c.
   8  */
   9
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/fs.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/hugetlb.h>
  14 #include <linux/pagemap.h>
  15 #include <linux/err.h>
  16 #include <linux/sysctl.h>
  17 #include <asm/mman.h>
  18 #include <asm/tlb.h>
  19 #include <asm/tlbflush.h>
  20
  21 /*
  22  * HugeTLB Support Matrix
  23  *
  24  * ---------------------------------------------------
  25  * | Page Size | CONT PTE |  PMD  | CONT PMD |  PUD  |
  26  * ---------------------------------------------------
  27  * |     4K    |   64K    |   2M  |    32M   |   1G  |
  28  * |    16K    |    2M    |  32M  |     1G   |       |
  29  * |    64K    |    2M    | 512M  |    16G   |       |
  30  * ---------------------------------------------------
  31  */
  32
  33 /*
  34  * Reserve CMA areas for the largest supported gigantic
  35  * huge page when requested. Any other smaller gigantic
  36  * huge pages could still be served from those areas.
  37  */
  38 #ifdef CONFIG_CMA
  39 void __init arm64_hugetlb_cma_reserve(void)
  40 {
  41         int order;
  42
  43         if (pud_sect_supported())
  44                 order = PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
  45         else
  46                 order = CONT_PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT;
  47
  48         /*
  49          * HugeTLB CMA reservation is required for gigantic
  50          * huge pages which could not be allocated via the
  51          * page allocator. Just warn if there is any change
  52          * breaking this assumption.
  53          */
  54         WARN_ON(order <= MAX_ORDER);
  55         hugetlb_cma_reserve(order);
  56 }
  57 #endif /* CONFIG_CMA */
  58
  59 static bool __hugetlb_valid_size(unsigned long size)
  60 {
  61         switch (size) {
  62 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
  63         case PUD_SIZE:
  64                 return pud_sect_supported();
  65 #endif
  66         case CONT_PMD_SIZE:
  67         case PMD_SIZE:
  68         case CONT_PTE_SIZE:
  69                 return true;
  70         }
  71
  72         return false;
  73 }
  74
  75 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_HUGEPAGE_MIGRATION
  76 bool arch_hugetlb_migration_supported(struct hstate *h)
  77 {
  78         size_t pagesize = huge_page_size(h);
  79
  80         if (!__hugetlb_valid_size(pagesize)) {
  81                 pr_warn("%s: unrecognized huge page size 0x%lx\n",
  82                         __func__, pagesize);
  83                 return false;
  84         }
  85         return true;
  86 }
  87 #endif
  88
  89 int pmd_huge(pmd_t pmd)
  90 {
  91         return pmd_val(pmd) && !(pmd_val(pmd) & PMD_TABLE_BIT);
  92 }
  93
  94 int pud_huge(pud_t pud)
  95 {
  96 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
  97         return pud_val(pud) && !(pud_val(pud) & PUD_TABLE_BIT);
  98 #else
  99         return 0;
 100 #endif
 101 }
 102
 103 static int find_num_contig(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 104                            pte_t *ptep, size_t *pgsize)
 105 {
 106         pgd_t *pgdp = pgd_offset(mm, addr);
 107         p4d_t *p4dp;
 108         pud_t *pudp;
 109         pmd_t *pmdp;
 110
 111         *pgsize = PAGE_SIZE;
 112         p4dp = p4d_offset(pgdp, addr);
 113         pudp = pud_offset(p4dp, addr);
 114         pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 115         if ((pte_t *)pmdp == ptep) {
 116                 *pgsize = PMD_SIZE;
 117                 return CONT_PMDS;
 118         }
 119         return CONT_PTES;
 120 }
 121
 122 static inline int num_contig_ptes(unsigned long size, size_t *pgsize)
 123 {
 124         int contig_ptes = 0;
 125
 126         *pgsize = size;
 127
 128         switch (size) {
 129 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 130         case PUD_SIZE:
 131                 if (pud_sect_supported())
 132                         contig_ptes = 1;
 133                 break;
 134 #endif
 135         case PMD_SIZE:
 136                 contig_ptes = 1;
 137                 break;
 138         case CONT_PMD_SIZE:
 139                 *pgsize = PMD_SIZE;
 140                 contig_ptes = CONT_PMDS;
 141                 break;
 142         case CONT_PTE_SIZE:
 143                 *pgsize = PAGE_SIZE;
 144                 contig_ptes = CONT_PTES;
 145                 break;
 146         }
 147
 148         return contig_ptes;
 149 }
 150
 151 pte_t huge_ptep_get(pte_t *ptep)
 152 {
 153         int ncontig, i;
 154         size_t pgsize;
 155         pte_t orig_pte = ptep_get(ptep);
 156
 157         if (!pte_present(orig_pte) || !pte_cont(orig_pte))
 158                 return orig_pte;
 159
 160         ncontig = num_contig_ptes(page_size(pte_page(orig_pte)), &pgsize);
 161         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++) {
 162                 pte_t pte = ptep_get(ptep);
 163
 164                 if (pte_dirty(pte))
 165                         orig_pte = pte_mkdirty(orig_pte);
 166
 167                 if (pte_young(pte))
 168                         orig_pte = pte_mkyoung(orig_pte);
 169         }
 170         return orig_pte;
 171 }
 172
 173 /*
 174  * Changing some bits of contiguous entries requires us to follow a
 175  * Break-Before-Make approach, breaking the whole contiguous set
 176  * before we can change any entries. See ARM DDI 0487A.k_iss10775,
 177  * "Misprogramming of the Contiguous bit", page D4-1762.
 178  *
 179  * This helper performs the break step.
 180  */
 181 static pte_t get_clear_contig(struct mm_struct *mm,
 182                              unsigned long addr,
 183                              pte_t *ptep,
 184                              unsigned long pgsize,
 185                              unsigned long ncontig)
 186 {
 187         pte_t orig_pte = ptep_get(ptep);
 188         unsigned long i;
 189
 190         for (i = 0; i < ncontig; i++, addr += pgsize, ptep++) {
 191                 pte_t pte = ptep_get_and_clear(mm, addr, ptep);
 192
 193                 /*
 194                  * If HW_AFDBM is enabled, then the HW could turn on
 195                  * the dirty or accessed bit for any page in the set,
 196                  * so check them all.
 197                  */
 198                 if (pte_dirty(pte))
 199                         orig_pte = pte_mkdirty(orig_pte);
 200
 201                 if (pte_young(pte))
 202                         orig_pte = pte_mkyoung(orig_pte);
 203         }
 204         return orig_pte;
 205 }
 206
 207 static pte_t get_clear_contig_flush(struct mm_struct *mm,
 208                                     unsigned long addr,
 209                                     pte_t *ptep,
 210                                     unsigned long pgsize,
 211                                     unsigned long ncontig)
 212 {
 213         pte_t orig_pte = get_clear_contig(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 214         struct vm_area_struct vma = TLB_FLUSH_VMA(mm, 0);
 215
 216         flush_tlb_range(&vma, addr, addr + (pgsize * ncontig));
 217         return orig_pte;
 218 }
 219
 220 /*
 221  * Changing some bits of contiguous entries requires us to follow a
 222  * Break-Before-Make approach, breaking the whole contiguous set
 223  * before we can change any entries. See ARM DDI 0487A.k_iss10775,
 224  * "Misprogramming of the Contiguous bit", page D4-1762.
 225  *
 226  * This helper performs the break step for use cases where the
 227  * original pte is not needed.
 228  */
 229 static void clear_flush(struct mm_struct *mm,
 230                              unsigned long addr,
 231                              pte_t *ptep,
 232                              unsigned long pgsize,
 233                              unsigned long ncontig)
 234 {
 235         struct vm_area_struct vma = TLB_FLUSH_VMA(mm, 0);
 236         unsigned long i, saddr = addr;
 237
 238         for (i = 0; i < ncontig; i++, addr += pgsize, ptep++)
 239                 ptep_clear(mm, addr, ptep);
 240
 241         flush_tlb_range(&vma, saddr, addr);
 242 }
 243
 244 static inline struct folio *hugetlb_swap_entry_to_folio(swp_entry_t entry)
 245 {
 246         VM_BUG_ON(!is_migration_entry(entry) && !is_hwpoison_entry(entry));
 247
 248         return page_folio(pfn_to_page(swp_offset_pfn(entry)));
 249 }
 250
 251 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 252                             pte_t *ptep, pte_t pte)
 253 {
 254         size_t pgsize;
 255         int i;
 256         int ncontig;
 257         unsigned long pfn, dpfn;
 258         pgprot_t hugeprot;
 259
 260         if (!pte_present(pte)) {
 261                 struct folio *folio;
 262
 263                 folio = hugetlb_swap_entry_to_folio(pte_to_swp_entry(pte));
 264                 ncontig = num_contig_ptes(folio_size(folio), &pgsize);
 265
 266                 for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++)
 267                         set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 268                 return;
 269         }
 270
 271         if (!pte_cont(pte)) {
 272                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pte);
 273                 return;
 274         }
 275
 276         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 277         pfn = pte_pfn(pte);
 278         dpfn = pgsize >> PAGE_SHIFT;
 279         hugeprot = pte_pgprot(pte);
 280
 281         clear_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 282
 283         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++, addr += pgsize, pfn += dpfn)
 284                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pfn_pte(pfn, hugeprot));
 285 }
 286
 287 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, struct vm_area_struct *vma,
 288                       unsigned long addr, unsigned long sz)
 289 {
 290         pgd_t *pgdp;
 291         p4d_t *p4dp;
 292         pud_t *pudp;
 293         pmd_t *pmdp;
 294         pte_t *ptep = NULL;
 295
 296         pgdp = pgd_offset(mm, addr);
 297         p4dp = p4d_offset(pgdp, addr);
 298         pudp = pud_alloc(mm, p4dp, addr);
 299         if (!pudp)
 300                 return NULL;
 301
 302         if (sz == PUD_SIZE) {
 303                 ptep = (pte_t *)pudp;
 304         } else if (sz == (CONT_PTE_SIZE)) {
 305                 pmdp = pmd_alloc(mm, pudp, addr);
 306                 if (!pmdp)
 307                         return NULL;
 308
 309                 WARN_ON(addr & (sz - 1));
 310                 ptep = pte_alloc_huge(mm, pmdp, addr);
 311         } else if (sz == PMD_SIZE) {
 312                 if (want_pmd_share(vma, addr) && pud_none(READ_ONCE(*pudp)))
 313                         ptep = huge_pmd_share(mm, vma, addr, pudp);
 314                 else
 315                         ptep = (pte_t *)pmd_alloc(mm, pudp, addr);
 316         } else if (sz == (CONT_PMD_SIZE)) {
 317                 pmdp = pmd_alloc(mm, pudp, addr);
 318                 WARN_ON(addr & (sz - 1));
 319                 return (pte_t *)pmdp;
 320         }
 321
 322         return ptep;
 323 }
 324
 325 pte_t *huge_pte_offset(struct mm_struct *mm,
 326                        unsigned long addr, unsigned long sz)
 327 {
 328         pgd_t *pgdp;
 329         p4d_t *p4dp;
 330         pud_t *pudp, pud;
 331         pmd_t *pmdp, pmd;
 332
 333         pgdp = pgd_offset(mm, addr);
 334         if (!pgd_present(READ_ONCE(*pgdp)))
 335                 return NULL;
 336
 337         p4dp = p4d_offset(pgdp, addr);
 338         if (!p4d_present(READ_ONCE(*p4dp)))
 339                 return NULL;
 340
 341         pudp = pud_offset(p4dp, addr);
 342         pud = READ_ONCE(*pudp);
 343         if (sz != PUD_SIZE && pud_none(pud))
 344                 return NULL;
 345         /* hugepage or swap? */
 346         if (pud_huge(pud) || !pud_present(pud))
 347                 return (pte_t *)pudp;
 348         /* table; check the next level */
 349
 350         if (sz == CONT_PMD_SIZE)
 351                 addr &= CONT_PMD_MASK;
 352
 353         pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 354         pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 355         if (!(sz == PMD_SIZE || sz == CONT_PMD_SIZE) &&
 356             pmd_none(pmd))
 357                 return NULL;
 358         if (pmd_huge(pmd) || !pmd_present(pmd))
 359                 return (pte_t *)pmdp;
 360
 361         if (sz == CONT_PTE_SIZE)
 362                 return pte_offset_huge(pmdp, (addr & CONT_PTE_MASK));
 363
 364         return NULL;
 365 }
 366
 367 unsigned long hugetlb_mask_last_page(struct hstate *h)
 368 {
 369         unsigned long hp_size = huge_page_size(h);
 370
 371         switch (hp_size) {
 372 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 373         case PUD_SIZE:
 374                 return PGDIR_SIZE - PUD_SIZE;
 375 #endif
 376         case CONT_PMD_SIZE:
 377                 return PUD_SIZE - CONT_PMD_SIZE;
 378         case PMD_SIZE:
 379                 return PUD_SIZE - PMD_SIZE;
 380         case CONT_PTE_SIZE:
 381                 return PMD_SIZE - CONT_PTE_SIZE;
 382         default:
 383                 break;
 384         }
 385
 386         return 0UL;
 387 }
 388
 389 pte_t arch_make_huge_pte(pte_t entry, unsigned int shift, vm_flags_t flags)
 390 {
 391         size_t pagesize = 1UL << shift;
 392
 393         entry = pte_mkhuge(entry);
 394         if (pagesize == CONT_PTE_SIZE) {
 395                 entry = pte_mkcont(entry);
 396         } else if (pagesize == CONT_PMD_SIZE) {
 397                 entry = pmd_pte(pmd_mkcont(pte_pmd(entry)));
 398         } else if (pagesize != PUD_SIZE && pagesize != PMD_SIZE) {
 399                 pr_warn("%s: unrecognized huge page size 0x%lx\n",
 400                         __func__, pagesize);
 401         }
 402         return entry;
 403 }
 404
 405 void huge_pte_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 406                     pte_t *ptep, unsigned long sz)
 407 {
 408         int i, ncontig;
 409         size_t pgsize;
 410
 411         ncontig = num_contig_ptes(sz, &pgsize);
 412
 413         for (i = 0; i < ncontig; i++, addr += pgsize, ptep++)
 414                 pte_clear(mm, addr, ptep);
 415 }
 416
 417 pte_t huge_ptep_get_and_clear(struct mm_struct *mm,
 418                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
 419 {
 420         int ncontig;
 421         size_t pgsize;
 422         pte_t orig_pte = ptep_get(ptep);
 423
 424         if (!pte_cont(orig_pte))
 425                 return ptep_get_and_clear(mm, addr, ptep);
 426
 427         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 428
 429         return get_clear_contig(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 430 }
 431
 432 /*
 433  * huge_ptep_set_access_flags will update access flags (dirty, accesssed)
 434  * and write permission.
 435  *
 436  * For a contiguous huge pte range we need to check whether or not write
 437  * permission has to change only on the first pte in the set. Then for
 438  * all the contiguous ptes we need to check whether or not there is a
 439  * discrepancy between dirty or young.
 440  */
 441 static int __cont_access_flags_changed(pte_t *ptep, pte_t pte, int ncontig)
 442 {
 443         int i;
 444
 445         if (pte_write(pte) != pte_write(ptep_get(ptep)))
 446                 return 1;
 447
 448         for (i = 0; i < ncontig; i++) {
 449                 pte_t orig_pte = ptep_get(ptep + i);
 450
 451                 if (pte_dirty(pte) != pte_dirty(orig_pte))
 452                         return 1;
 453
 454                 if (pte_young(pte) != pte_young(orig_pte))
 455                         return 1;
 456         }
 457
 458         return 0;
 459 }
 460
 461 int huge_ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 462                                unsigned long addr, pte_t *ptep,
 463                                pte_t pte, int dirty)
 464 {
 465         int ncontig, i;
 466         size_t pgsize = 0;
 467         unsigned long pfn = pte_pfn(pte), dpfn;
 468         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 469         pgprot_t hugeprot;
 470         pte_t orig_pte;
 471
 472         if (!pte_cont(pte))
 473                 return ptep_set_access_flags(vma, addr, ptep, pte, dirty);
 474
 475         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 476         dpfn = pgsize >> PAGE_SHIFT;
 477
 478         if (!__cont_access_flags_changed(ptep, pte, ncontig))
 479                 return 0;
 480
 481         orig_pte = get_clear_contig_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 482
 483         /* Make sure we don't lose the dirty or young state */
 484         if (pte_dirty(orig_pte))
 485                 pte = pte_mkdirty(pte);
 486
 487         if (pte_young(orig_pte))
 488                 pte = pte_mkyoung(pte);
 489
 490         hugeprot = pte_pgprot(pte);
 491         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++, addr += pgsize, pfn += dpfn)
 492                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pfn_pte(pfn, hugeprot));
 493
 494         return 1;
 495 }
 496
 497 void huge_ptep_set_wrprotect(struct mm_struct *mm,
 498                              unsigned long addr, pte_t *ptep)
 499 {
 500         unsigned long pfn, dpfn;
 501         pgprot_t hugeprot;
 502         int ncontig, i;
 503         size_t pgsize;
 504         pte_t pte;
 505
 506         if (!pte_cont(READ_ONCE(*ptep))) {
 507                 ptep_set_wrprotect(mm, addr, ptep);
 508                 return;
 509         }
 510
 511         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 512         dpfn = pgsize >> PAGE_SHIFT;
 513
 514         pte = get_clear_contig_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 515         pte = pte_wrprotect(pte);
 516
 517         hugeprot = pte_pgprot(pte);
 518         pfn = pte_pfn(pte);
 519
 520         for (i = 0; i < ncontig; i++, ptep++, addr += pgsize, pfn += dpfn)
 521                 set_pte_at(mm, addr, ptep, pfn_pte(pfn, hugeprot));
 522 }
 523
 524 pte_t huge_ptep_clear_flush(struct vm_area_struct *vma,
 525                             unsigned long addr, pte_t *ptep)
 526 {
 527         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 528         size_t pgsize;
 529         int ncontig;
 530
 531         if (!pte_cont(READ_ONCE(*ptep)))
 532                 return ptep_clear_flush(vma, addr, ptep);
 533
 534         ncontig = find_num_contig(mm, addr, ptep, &pgsize);
 535         return get_clear_contig_flush(mm, addr, ptep, pgsize, ncontig);
 536 }
 537
 538 static int __init hugetlbpage_init(void)
 539 {
 540         if (pud_sect_supported())
 541                 hugetlb_add_hstate(PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 542
 543         hugetlb_add_hstate(CONT_PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 544         hugetlb_add_hstate(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 545         hugetlb_add_hstate(CONT_PTE_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 546
 547         return 0;
 548 }
 549 arch_initcall(hugetlbpage_init);
 550
 551 bool __init arch_hugetlb_valid_size(unsigned long size)
 552 {
 553         return __hugetlb_valid_size(size);
 554 }
 555
 556 pte_t huge_ptep_modify_prot_start(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, pte_t *ptep)
 557 {
 558         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_ERRATUM_2645198) &&
 559             cpus_have_const_cap(ARM64_WORKAROUND_2645198)) {
 560                 /*
 561                  * Break-before-make (BBM) is required for all user space mappings
 562                  * when the permission changes from executable to non-executable
 563                  * in cases where cpu is affected with errata #2645198.
 564                  */
 565                 if (pte_user_exec(READ_ONCE(*ptep)))
 566                         return huge_ptep_clear_flush(vma, addr, ptep);
 567         }
 568         return huge_ptep_get_and_clear(vma->vm_mm, addr, ptep);
 569 }
 570
 571 void huge_ptep_modify_prot_commit(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, pte_t *ptep,
 572                                   pte_t old_pte, pte_t pte)
 573 {
 574         set_huge_pte_at(vma->vm_mm, addr, ptep, pte);
 575 }