arch/powerpc/mm/init_64.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  *  PowerPC version
   4  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   5  *
   6  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
   7  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
   8  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
   9  *
  10  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  11  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  12  *
  13  *  Dave Engebretsen <engebret@us.ibm.com>
  14  *      Rework for PPC64 port.
  15  */
  16
  17 #undef DEBUG
  18
  19 #include <linux/signal.h>
  20 #include <linux/sched.h>
  21 #include <linux/kernel.h>
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/string.h>
  24 #include <linux/types.h>
  25 #include <linux/mman.h>
  26 #include <linux/mm.h>
  27 #include <linux/swap.h>
  28 #include <linux/stddef.h>
  29 #include <linux/vmalloc.h>
  30 #include <linux/init.h>
  31 #include <linux/delay.h>
  32 #include <linux/highmem.h>
  33 #include <linux/idr.h>
  34 #include <linux/nodemask.h>
  35 #include <linux/module.h>
  36 #include <linux/poison.h>
  37 #include <linux/memblock.h>
  38 #include <linux/hugetlb.h>
  39 #include <linux/slab.h>
  40 #include <linux/of_fdt.h>
  41 #include <linux/libfdt.h>
  42 #include <linux/memremap.h>
  43
  44 #include <asm/pgalloc.h>
  45 #include <asm/page.h>
  46 #include <asm/prom.h>
  47 #include <asm/rtas.h>
  48 #include <asm/io.h>
  49 #include <asm/mmu_context.h>
  50 #include <asm/mmu.h>
  51 #include <linux/uaccess.h>
  52 #include <asm/smp.h>
  53 #include <asm/machdep.h>
  54 #include <asm/tlb.h>
  55 #include <asm/eeh.h>
  56 #include <asm/processor.h>
  57 #include <asm/mmzone.h>
  58 #include <asm/cputable.h>
  59 #include <asm/sections.h>
  60 #include <asm/iommu.h>
  61 #include <asm/vdso.h>
  62 #include <asm/hugetlb.h>
  63
  64 #include <mm/mmu_decl.h>
  65
  66 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
  67 /*
  68  * Given an address within the vmemmap, determine the page that
  69  * represents the start of the subsection it is within.  Note that we have to
  70  * do this by hand as the proffered address may not be correctly aligned.
  71  * Subtraction of non-aligned pointers produces undefined results.
  72  */
  73 static struct page * __meminit vmemmap_subsection_start(unsigned long vmemmap_addr)
  74 {
  75         unsigned long start_pfn;
  76         unsigned long offset = vmemmap_addr - ((unsigned long)(vmemmap));
  77
  78         /* Return the pfn of the start of the section. */
  79         start_pfn = (offset / sizeof(struct page)) & PAGE_SUBSECTION_MASK;
  80         return pfn_to_page(start_pfn);
  81 }
  82
  83 /*
  84  * Since memory is added in sub-section chunks, before creating a new vmemmap
  85  * mapping, the kernel should check whether there is an existing memmap mapping
  86  * covering the new subsection added. This is needed because kernel can map
  87  * vmemmap area using 16MB pages which will cover a memory range of 16G. Such
  88  * a range covers multiple subsections (2M)
  89  *
  90  * If any subsection in the 16G range mapped by vmemmap is valid we consider the
  91  * vmemmap populated (There is a page table entry already present). We can't do
  92  * a page table lookup here because with the hash translation we don't keep
  93  * vmemmap details in linux page table.
  94  */
  95 static int __meminit vmemmap_populated(unsigned long vmemmap_addr, int vmemmap_map_size)
  96 {
  97         struct page *start;
  98         unsigned long vmemmap_end = vmemmap_addr + vmemmap_map_size;
  99         start = vmemmap_subsection_start(vmemmap_addr);
 100
 101         for (; (unsigned long)start < vmemmap_end; start += PAGES_PER_SUBSECTION)
 102                 /*
 103                  * pfn valid check here is intended to really check
 104                  * whether we have any subsection already initialized
 105                  * in this range.
 106                  */
 107                 if (pfn_valid(page_to_pfn(start)))
 108                         return 1;
 109
 110         return 0;
 111 }
 112
 113 /*
 114  * vmemmap virtual address space management does not have a traditional page
 115  * table to track which virtual struct pages are backed by physical mapping.
 116  * The virtual to physical mappings are tracked in a simple linked list
 117  * format. 'vmemmap_list' maintains the entire vmemmap physical mapping at
 118  * all times where as the 'next' list maintains the available
 119  * vmemmap_backing structures which have been deleted from the
 120  * 'vmemmap_global' list during system runtime (memory hotplug remove
 121  * operation). The freed 'vmemmap_backing' structures are reused later when
 122  * new requests come in without allocating fresh memory. This pointer also
 123  * tracks the allocated 'vmemmap_backing' structures as we allocate one
 124  * full page memory at a time when we dont have any.
 125  */
 126 struct vmemmap_backing *vmemmap_list;
 127 static struct vmemmap_backing *next;
 128
 129 /*
 130  * The same pointer 'next' tracks individual chunks inside the allocated
 131  * full page during the boot time and again tracks the freed nodes during
 132  * runtime. It is racy but it does not happen as they are separated by the
 133  * boot process. Will create problem if some how we have memory hotplug
 134  * operation during boot !!
 135  */
 136 static int num_left;
 137 static int num_freed;
 138
 139 static __meminit struct vmemmap_backing * vmemmap_list_alloc(int node)
 140 {
 141         struct vmemmap_backing *vmem_back;
 142         /* get from freed entries first */
 143         if (num_freed) {
 144                 num_freed--;
 145                 vmem_back = next;
 146                 next = next->list;
 147
 148                 return vmem_back;
 149         }
 150
 151         /* allocate a page when required and hand out chunks */
 152         if (!num_left) {
 153                 next = vmemmap_alloc_block(PAGE_SIZE, node);
 154                 if (unlikely(!next)) {
 155                         WARN_ON(1);
 156                         return NULL;
 157                 }
 158                 num_left = PAGE_SIZE / sizeof(struct vmemmap_backing);
 159         }
 160
 161         num_left--;
 162
 163         return next++;
 164 }
 165
 166 static __meminit int vmemmap_list_populate(unsigned long phys,
 167                                            unsigned long start,
 168                                            int node)
 169 {
 170         struct vmemmap_backing *vmem_back;
 171
 172         vmem_back = vmemmap_list_alloc(node);
 173         if (unlikely(!vmem_back)) {
 174                 pr_debug("vmemap list allocation failed\n");
 175                 return -ENOMEM;
 176         }
 177
 178         vmem_back->phys = phys;
 179         vmem_back->virt_addr = start;
 180         vmem_back->list = vmemmap_list;
 181
 182         vmemmap_list = vmem_back;
 183         return 0;
 184 }
 185
 186 static bool altmap_cross_boundary(struct vmem_altmap *altmap, unsigned long start,
 187                                 unsigned long page_size)
 188 {
 189         unsigned long nr_pfn = page_size / sizeof(struct page);
 190         unsigned long start_pfn = page_to_pfn((struct page *)start);
 191
 192         if ((start_pfn + nr_pfn) > altmap->end_pfn)
 193                 return true;
 194
 195         if (start_pfn < altmap->base_pfn)
 196                 return true;
 197
 198         return false;
 199 }
 200
 201 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
 202                 struct vmem_altmap *altmap)
 203 {
 204         bool altmap_alloc;
 205         unsigned long page_size = 1 << mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].shift;
 206
 207         /* Align to the page size of the linear mapping. */
 208         start = ALIGN_DOWN(start, page_size);
 209
 210         pr_debug("vmemmap_populate %lx..%lx, node %d\n", start, end, node);
 211
 212         for (; start < end; start += page_size) {
 213                 void *p = NULL;
 214                 int rc;
 215
 216                 /*
 217                  * This vmemmap range is backing different subsections. If any
 218                  * of that subsection is marked valid, that means we already
 219                  * have initialized a page table covering this range and hence
 220                  * the vmemmap range is populated.
 221                  */
 222                 if (vmemmap_populated(start, page_size))
 223                         continue;
 224
 225                 /*
 226                  * Allocate from the altmap first if we have one. This may
 227                  * fail due to alignment issues when using 16MB hugepages, so
 228                  * fall back to system memory if the altmap allocation fail.
 229                  */
 230                 if (altmap && !altmap_cross_boundary(altmap, start, page_size)) {
 231                         p = vmemmap_alloc_block_buf(page_size, node, altmap);
 232                         if (!p)
 233                                 pr_debug("altmap block allocation failed, falling back to system memory");
 234                         else
 235                                 altmap_alloc = true;
 236                 }
 237                 if (!p) {
 238                         p = vmemmap_alloc_block_buf(page_size, node, NULL);
 239                         altmap_alloc = false;
 240                 }
 241                 if (!p)
 242                         return -ENOMEM;
 243
 244                 if (vmemmap_list_populate(__pa(p), start, node)) {
 245                         /*
 246                          * If we don't populate vmemap list, we don't have
 247                          * the ability to free the allocated vmemmap
 248                          * pages in section_deactivate. Hence free them
 249                          * here.
 250                          */
 251                         int nr_pfns = page_size >> PAGE_SHIFT;
 252                         unsigned long page_order = get_order(page_size);
 253
 254                         if (altmap_alloc)
 255                                 vmem_altmap_free(altmap, nr_pfns);
 256                         else
 257                                 free_pages((unsigned long)p, page_order);
 258                         return -ENOMEM;
 259                 }
 260
 261                 pr_debug("      * %016lx..%016lx allocated at %p\n",
 262                          start, start + page_size, p);
 263
 264                 rc = vmemmap_create_mapping(start, page_size, __pa(p));
 265                 if (rc < 0) {
 266                         pr_warn("%s: Unable to create vmemmap mapping: %d\n",
 267                                 __func__, rc);
 268                         return -EFAULT;
 269                 }
 270         }
 271
 272         return 0;
 273 }
 274
 275 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 276 static unsigned long vmemmap_list_free(unsigned long start)
 277 {
 278         struct vmemmap_backing *vmem_back, *vmem_back_prev;
 279
 280         vmem_back_prev = vmem_back = vmemmap_list;
 281
 282         /* look for it with prev pointer recorded */
 283         for (; vmem_back; vmem_back = vmem_back->list) {
 284                 if (vmem_back->virt_addr == start)
 285                         break;
 286                 vmem_back_prev = vmem_back;
 287         }
 288
 289         if (unlikely(!vmem_back))
 290                 return 0;
 291
 292         /* remove it from vmemmap_list */
 293         if (vmem_back == vmemmap_list) /* remove head */
 294                 vmemmap_list = vmem_back->list;
 295         else
 296                 vmem_back_prev->list = vmem_back->list;
 297
 298         /* next point to this freed entry */
 299         vmem_back->list = next;
 300         next = vmem_back;
 301         num_freed++;
 302
 303         return vmem_back->phys;
 304 }
 305
 306 void __ref vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end,
 307                 struct vmem_altmap *altmap)
 308 {
 309         unsigned long page_size = 1 << mmu_psize_defs[mmu_vmemmap_psize].shift;
 310         unsigned long page_order = get_order(page_size);
 311         unsigned long alt_start = ~0, alt_end = ~0;
 312         unsigned long base_pfn;
 313
 314         start = ALIGN_DOWN(start, page_size);
 315         if (altmap) {
 316                 alt_start = altmap->base_pfn;
 317                 alt_end = altmap->base_pfn + altmap->reserve +
 318                           altmap->free + altmap->alloc + altmap->align;
 319         }
 320
 321         pr_debug("vmemmap_free %lx...%lx\n", start, end);
 322
 323         for (; start < end; start += page_size) {
 324                 unsigned long nr_pages, addr;
 325                 struct page *page;
 326
 327                 /*
 328                  * We have already marked the subsection we are trying to remove
 329                  * invalid. So if we want to remove the vmemmap range, we
 330                  * need to make sure there is no subsection marked valid
 331                  * in this range.
 332                  */
 333                 if (vmemmap_populated(start, page_size))
 334                         continue;
 335
 336                 addr = vmemmap_list_free(start);
 337                 if (!addr)
 338                         continue;
 339
 340                 page = pfn_to_page(addr >> PAGE_SHIFT);
 341                 nr_pages = 1 << page_order;
 342                 base_pfn = PHYS_PFN(addr);
 343
 344                 if (base_pfn >= alt_start && base_pfn < alt_end) {
 345                         vmem_altmap_free(altmap, nr_pages);
 346                 } else if (PageReserved(page)) {
 347                         /* allocated from bootmem */
 348                         if (page_size < PAGE_SIZE) {
 349                                 /*
 350                                  * this shouldn't happen, but if it is
 351                                  * the case, leave the memory there
 352                                  */
 353                                 WARN_ON_ONCE(1);
 354                         } else {
 355                                 while (nr_pages--)
 356                                         free_reserved_page(page++);
 357                         }
 358                 } else {
 359                         free_pages((unsigned long)(__va(addr)), page_order);
 360                 }
 361
 362                 vmemmap_remove_mapping(start, page_size);
 363         }
 364 }
 365 #endif
 366 void register_page_bootmem_memmap(unsigned long section_nr,
 367                                   struct page *start_page, unsigned long size)
 368 {
 369 }
 370
 371 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 372
 373 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 374 unsigned int mmu_lpid_bits;
 375 #ifdef CONFIG_KVM_BOOK3S_HV_POSSIBLE
 376 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_lpid_bits);
 377 #endif
 378 unsigned int mmu_pid_bits;
 379
 380 static bool disable_radix = !IS_ENABLED(CONFIG_PPC_RADIX_MMU_DEFAULT);
 381
 382 static int __init parse_disable_radix(char *p)
 383 {
 384         bool val;
 385
 386         if (!p)
 387                 val = true;
 388         else if (kstrtobool(p, &val))
 389                 return -EINVAL;
 390
 391         disable_radix = val;
 392
 393         return 0;
 394 }
 395 early_param("disable_radix", parse_disable_radix);
 396
 397 /*
 398  * If we're running under a hypervisor, we need to check the contents of
 399  * /chosen/ibm,architecture-vec-5 to see if the hypervisor is willing to do
 400  * radix.  If not, we clear the radix feature bit so we fall back to hash.
 401  */
 402 static void __init early_check_vec5(void)
 403 {
 404         unsigned long root, chosen;
 405         int size;
 406         const u8 *vec5;
 407         u8 mmu_supported;
 408
 409         root = of_get_flat_dt_root();
 410         chosen = of_get_flat_dt_subnode_by_name(root, "chosen");
 411         if (chosen == -FDT_ERR_NOTFOUND) {
 412                 cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 413                 return;
 414         }
 415         vec5 = of_get_flat_dt_prop(chosen, "ibm,architecture-vec-5", &size);
 416         if (!vec5) {
 417                 cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 418                 return;
 419         }
 420         if (size <= OV5_INDX(OV5_MMU_SUPPORT)) {
 421                 cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 422                 return;
 423         }
 424
 425         /* Check for supported configuration */
 426         mmu_supported = vec5[OV5_INDX(OV5_MMU_SUPPORT)] &
 427                         OV5_FEAT(OV5_MMU_SUPPORT);
 428         if (mmu_supported == OV5_FEAT(OV5_MMU_RADIX)) {
 429                 /* Hypervisor only supports radix - check enabled && GTSE */
 430                 if (!early_radix_enabled()) {
 431                         pr_warn("WARNING: Ignoring cmdline option disable_radix\n");
 432                 }
 433                 if (!(vec5[OV5_INDX(OV5_RADIX_GTSE)] &
 434                                                 OV5_FEAT(OV5_RADIX_GTSE))) {
 435                         cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_GTSE;
 436                 } else
 437                         cur_cpu_spec->mmu_features |= MMU_FTR_GTSE;
 438                 /* Do radix anyway - the hypervisor said we had to */
 439                 cur_cpu_spec->mmu_features |= MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 440         } else if (mmu_supported == OV5_FEAT(OV5_MMU_HASH)) {
 441                 /* Hypervisor only supports hash - disable radix */
 442                 cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 443                 cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_GTSE;
 444         }
 445 }
 446
 447 static int __init dt_scan_mmu_pid_width(unsigned long node,
 448                                            const char *uname, int depth,
 449                                            void *data)
 450 {
 451         int size = 0;
 452         const __be32 *prop;
 453         const char *type = of_get_flat_dt_prop(node, "device_type", NULL);
 454
 455         /* We are scanning "cpu" nodes only */
 456         if (type == NULL || strcmp(type, "cpu") != 0)
 457                 return 0;
 458
 459         /* Find MMU LPID, PID register size */
 460         prop = of_get_flat_dt_prop(node, "ibm,mmu-lpid-bits", &size);
 461         if (prop && size == 4)
 462                 mmu_lpid_bits = be32_to_cpup(prop);
 463
 464         prop = of_get_flat_dt_prop(node, "ibm,mmu-pid-bits", &size);
 465         if (prop && size == 4)
 466                 mmu_pid_bits = be32_to_cpup(prop);
 467
 468         if (!mmu_pid_bits && !mmu_lpid_bits)
 469                 return 0;
 470
 471         return 1;
 472 }
 473
 474 void __init mmu_early_init_devtree(void)
 475 {
 476         bool hvmode = !!(mfmsr() & MSR_HV);
 477
 478         /* Disable radix mode based on kernel command line. */
 479         if (disable_radix) {
 480                 if (IS_ENABLED(CONFIG_PPC_64S_HASH_MMU))
 481                         cur_cpu_spec->mmu_features &= ~MMU_FTR_TYPE_RADIX;
 482                 else
 483                         pr_warn("WARNING: Ignoring cmdline option disable_radix\n");
 484         }
 485
 486         of_scan_flat_dt(dt_scan_mmu_pid_width, NULL);
 487         if (hvmode && !mmu_lpid_bits) {
 488                 if (early_cpu_has_feature(CPU_FTR_ARCH_207S))
 489                         mmu_lpid_bits = 12; /* POWER8-10 */
 490                 else
 491                         mmu_lpid_bits = 10; /* POWER7 */
 492         }
 493         if (!mmu_pid_bits) {
 494                 if (early_cpu_has_feature(CPU_FTR_ARCH_300))
 495                         mmu_pid_bits = 20; /* POWER9-10 */
 496         }
 497
 498         /*
 499          * Check /chosen/ibm,architecture-vec-5 if running as a guest.
 500          * When running bare-metal, we can use radix if we like
 501          * even though the ibm,architecture-vec-5 property created by
 502          * skiboot doesn't have the necessary bits set.
 503          */
 504         if (!hvmode)
 505                 early_check_vec5();
 506
 507         if (early_radix_enabled()) {
 508                 radix__early_init_devtree();
 509
 510                 /*
 511                  * We have finalized the translation we are going to use by now.
 512                  * Radix mode is not limited by RMA / VRMA addressing.
 513                  * Hence don't limit memblock allocations.
 514                  */
 515                 ppc64_rma_size = ULONG_MAX;
 516                 memblock_set_current_limit(MEMBLOCK_ALLOC_ANYWHERE);
 517         } else
 518                 hash__early_init_devtree();
 519
 520         if (IS_ENABLED(CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE))
 521                 hugetlbpage_init_defaultsize();
 522
 523         if (!(cur_cpu_spec->mmu_features & MMU_FTR_HPTE_TABLE) &&
 524             !(cur_cpu_spec->mmu_features & MMU_FTR_TYPE_RADIX))
 525                 panic("kernel does not support any MMU type offered by platform");
 526 }
 527 #endif /* CONFIG_PPC_BOOK3S_64 */