Merge tag 'powerpc-6.6-6' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/powerpc...
[platform/kernel/linux-rpi.git] / arch / s390 / mm / vmem.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *    Copyright IBM Corp. 2006
4  */
5
6 #include <linux/memory_hotplug.h>
7 #include <linux/memblock.h>
8 #include <linux/pfn.h>
9 #include <linux/mm.h>
10 #include <linux/init.h>
11 #include <linux/list.h>
12 #include <linux/hugetlb.h>
13 #include <linux/slab.h>
14 #include <linux/sort.h>
15 #include <asm/cacheflush.h>
16 #include <asm/nospec-branch.h>
17 #include <asm/pgalloc.h>
18 #include <asm/setup.h>
19 #include <asm/tlbflush.h>
20 #include <asm/sections.h>
21 #include <asm/set_memory.h>
22
23 static DEFINE_MUTEX(vmem_mutex);
24
25 static void __ref *vmem_alloc_pages(unsigned int order)
26 {
27         unsigned long size = PAGE_SIZE << order;
28
29         if (slab_is_available())
30                 return (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, order);
31         return memblock_alloc(size, size);
32 }
33
34 static void vmem_free_pages(unsigned long addr, int order)
35 {
36         /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
37         if (!slab_is_available() ||
38             WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page((void *)addr))))
39                 return;
40         free_pages(addr, order);
41 }
42
43 void *vmem_crst_alloc(unsigned long val)
44 {
45         unsigned long *table;
46
47         table = vmem_alloc_pages(CRST_ALLOC_ORDER);
48         if (table)
49                 crst_table_init(table, val);
50         return table;
51 }
52
53 pte_t __ref *vmem_pte_alloc(void)
54 {
55         unsigned long size = PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t);
56         pte_t *pte;
57
58         if (slab_is_available())
59                 pte = (pte_t *) page_table_alloc(&init_mm);
60         else
61                 pte = (pte_t *) memblock_alloc(size, size);
62         if (!pte)
63                 return NULL;
64         memset64((u64 *)pte, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
65         return pte;
66 }
67
68 static void vmem_pte_free(unsigned long *table)
69 {
70         /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
71         if (!slab_is_available() ||
72             WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page(table))))
73                 return;
74         page_table_free(&init_mm, table);
75 }
76
77 #define PAGE_UNUSED 0xFD
78
79 /*
80  * The unused vmemmap range, which was not yet memset(PAGE_UNUSED) ranges
81  * from unused_sub_pmd_start to next PMD_SIZE boundary.
82  */
83 static unsigned long unused_sub_pmd_start;
84
85 static void vmemmap_flush_unused_sub_pmd(void)
86 {
87         if (!unused_sub_pmd_start)
88                 return;
89         memset((void *)unused_sub_pmd_start, PAGE_UNUSED,
90                ALIGN(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE) - unused_sub_pmd_start);
91         unused_sub_pmd_start = 0;
92 }
93
94 static void vmemmap_mark_sub_pmd_used(unsigned long start, unsigned long end)
95 {
96         /*
97          * As we expect to add in the same granularity as we remove, it's
98          * sufficient to mark only some piece used to block the memmap page from
99          * getting removed (just in case the memmap never gets initialized,
100          * e.g., because the memory block never gets onlined).
101          */
102         memset((void *)start, 0, sizeof(struct page));
103 }
104
105 static void vmemmap_use_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
106 {
107         /*
108          * We only optimize if the new used range directly follows the
109          * previously unused range (esp., when populating consecutive sections).
110          */
111         if (unused_sub_pmd_start == start) {
112                 unused_sub_pmd_start = end;
113                 if (likely(IS_ALIGNED(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE)))
114                         unused_sub_pmd_start = 0;
115                 return;
116         }
117         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
118         vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);
119 }
120
121 static void vmemmap_use_new_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
122 {
123         unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);
124
125         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
126
127         /* Could be our memmap page is filled with PAGE_UNUSED already ... */
128         vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);
129
130         /* Mark the unused parts of the new memmap page PAGE_UNUSED. */
131         if (!IS_ALIGNED(start, PMD_SIZE))
132                 memset((void *)page, PAGE_UNUSED, start - page);
133         /*
134          * We want to avoid memset(PAGE_UNUSED) when populating the vmemmap of
135          * consecutive sections. Remember for the last added PMD the last
136          * unused range in the populated PMD.
137          */
138         if (!IS_ALIGNED(end, PMD_SIZE))
139                 unused_sub_pmd_start = end;
140 }
141
142 /* Returns true if the PMD is completely unused and can be freed. */
143 static bool vmemmap_unuse_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
144 {
145         unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);
146
147         vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
148         memset((void *)start, PAGE_UNUSED, end - start);
149         return !memchr_inv((void *)page, PAGE_UNUSED, PMD_SIZE);
150 }
151
152 /* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
153 static int __ref modify_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
154                                   unsigned long end, bool add, bool direct)
155 {
156         unsigned long prot, pages = 0;
157         int ret = -ENOMEM;
158         pte_t *pte;
159
160         prot = pgprot_val(PAGE_KERNEL);
161         if (!MACHINE_HAS_NX)
162                 prot &= ~_PAGE_NOEXEC;
163
164         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
165         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE, pte++) {
166                 if (!add) {
167                         if (pte_none(*pte))
168                                 continue;
169                         if (!direct)
170                                 vmem_free_pages((unsigned long) pfn_to_virt(pte_pfn(*pte)), 0);
171                         pte_clear(&init_mm, addr, pte);
172                 } else if (pte_none(*pte)) {
173                         if (!direct) {
174                                 void *new_page = vmemmap_alloc_block(PAGE_SIZE, NUMA_NO_NODE);
175
176                                 if (!new_page)
177                                         goto out;
178                                 set_pte(pte, __pte(__pa(new_page) | prot));
179                         } else {
180                                 set_pte(pte, __pte(__pa(addr) | prot));
181                         }
182                 } else {
183                         continue;
184                 }
185                 pages++;
186         }
187         ret = 0;
188 out:
189         if (direct)
190                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_4K, add ? pages : -pages);
191         return ret;
192 }
193
194 static void try_free_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long start)
195 {
196         pte_t *pte;
197         int i;
198
199         /* We can safely assume this is fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
200         pte = pte_offset_kernel(pmd, start);
201         for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE; i++, pte++) {
202                 if (!pte_none(*pte))
203                         return;
204         }
205         vmem_pte_free((unsigned long *) pmd_deref(*pmd));
206         pmd_clear(pmd);
207 }
208
209 /* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
210 static int __ref modify_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long addr,
211                                   unsigned long end, bool add, bool direct)
212 {
213         unsigned long next, prot, pages = 0;
214         int ret = -ENOMEM;
215         pmd_t *pmd;
216         pte_t *pte;
217
218         prot = pgprot_val(SEGMENT_KERNEL);
219         if (!MACHINE_HAS_NX)
220                 prot &= ~_SEGMENT_ENTRY_NOEXEC;
221
222         pmd = pmd_offset(pud, addr);
223         for (; addr < end; addr = next, pmd++) {
224                 next = pmd_addr_end(addr, end);
225                 if (!add) {
226                         if (pmd_none(*pmd))
227                                 continue;
228                         if (pmd_large(*pmd)) {
229                                 if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
230                                     IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
231                                         if (!direct)
232                                                 vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE));
233                                         pmd_clear(pmd);
234                                         pages++;
235                                 } else if (!direct && vmemmap_unuse_sub_pmd(addr, next)) {
236                                         vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE));
237                                         pmd_clear(pmd);
238                                 }
239                                 continue;
240                         }
241                 } else if (pmd_none(*pmd)) {
242                         if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
243                             IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE) &&
244                             MACHINE_HAS_EDAT1 && direct &&
245                             !debug_pagealloc_enabled()) {
246                                 set_pmd(pmd, __pmd(__pa(addr) | prot));
247                                 pages++;
248                                 continue;
249                         } else if (!direct && MACHINE_HAS_EDAT1) {
250                                 void *new_page;
251
252                                 /*
253                                  * Use 1MB frames for vmemmap if available. We
254                                  * always use large frames even if they are only
255                                  * partially used. Otherwise we would have also
256                                  * page tables since vmemmap_populate gets
257                                  * called for each section separately.
258                                  */
259                                 new_page = vmemmap_alloc_block(PMD_SIZE, NUMA_NO_NODE);
260                                 if (new_page) {
261                                         set_pmd(pmd, __pmd(__pa(new_page) | prot));
262                                         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) ||
263                                             !IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
264                                                 vmemmap_use_new_sub_pmd(addr, next);
265                                         }
266                                         continue;
267                                 }
268                         }
269                         pte = vmem_pte_alloc();
270                         if (!pte)
271                                 goto out;
272                         pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
273                 } else if (pmd_large(*pmd)) {
274                         if (!direct)
275                                 vmemmap_use_sub_pmd(addr, next);
276                         continue;
277                 }
278                 ret = modify_pte_table(pmd, addr, next, add, direct);
279                 if (ret)
280                         goto out;
281                 if (!add)
282                         try_free_pte_table(pmd, addr & PMD_MASK);
283         }
284         ret = 0;
285 out:
286         if (direct)
287                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_1M, add ? pages : -pages);
288         return ret;
289 }
290
291 static void try_free_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long start)
292 {
293         pmd_t *pmd;
294         int i;
295
296         pmd = pmd_offset(pud, start);
297         for (i = 0; i < PTRS_PER_PMD; i++, pmd++)
298                 if (!pmd_none(*pmd))
299                         return;
300         vmem_free_pages(pud_deref(*pud), CRST_ALLOC_ORDER);
301         pud_clear(pud);
302 }
303
304 static int modify_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
305                             bool add, bool direct)
306 {
307         unsigned long next, prot, pages = 0;
308         int ret = -ENOMEM;
309         pud_t *pud;
310         pmd_t *pmd;
311
312         prot = pgprot_val(REGION3_KERNEL);
313         if (!MACHINE_HAS_NX)
314                 prot &= ~_REGION_ENTRY_NOEXEC;
315         pud = pud_offset(p4d, addr);
316         for (; addr < end; addr = next, pud++) {
317                 next = pud_addr_end(addr, end);
318                 if (!add) {
319                         if (pud_none(*pud))
320                                 continue;
321                         if (pud_large(*pud)) {
322                                 if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
323                                     IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE)) {
324                                         pud_clear(pud);
325                                         pages++;
326                                 }
327                                 continue;
328                         }
329                 } else if (pud_none(*pud)) {
330                         if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
331                             IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE) &&
332                             MACHINE_HAS_EDAT2 && direct &&
333                             !debug_pagealloc_enabled()) {
334                                 set_pud(pud, __pud(__pa(addr) | prot));
335                                 pages++;
336                                 continue;
337                         }
338                         pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
339                         if (!pmd)
340                                 goto out;
341                         pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
342                 } else if (pud_large(*pud)) {
343                         continue;
344                 }
345                 ret = modify_pmd_table(pud, addr, next, add, direct);
346                 if (ret)
347                         goto out;
348                 if (!add)
349                         try_free_pmd_table(pud, addr & PUD_MASK);
350         }
351         ret = 0;
352 out:
353         if (direct)
354                 update_page_count(PG_DIRECT_MAP_2G, add ? pages : -pages);
355         return ret;
356 }
357
358 static void try_free_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long start)
359 {
360         pud_t *pud;
361         int i;
362
363         pud = pud_offset(p4d, start);
364         for (i = 0; i < PTRS_PER_PUD; i++, pud++) {
365                 if (!pud_none(*pud))
366                         return;
367         }
368         vmem_free_pages(p4d_deref(*p4d), CRST_ALLOC_ORDER);
369         p4d_clear(p4d);
370 }
371
372 static int modify_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
373                             bool add, bool direct)
374 {
375         unsigned long next;
376         int ret = -ENOMEM;
377         p4d_t *p4d;
378         pud_t *pud;
379
380         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
381         for (; addr < end; addr = next, p4d++) {
382                 next = p4d_addr_end(addr, end);
383                 if (!add) {
384                         if (p4d_none(*p4d))
385                                 continue;
386                 } else if (p4d_none(*p4d)) {
387                         pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
388                         if (!pud)
389                                 goto out;
390                         p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
391                 }
392                 ret = modify_pud_table(p4d, addr, next, add, direct);
393                 if (ret)
394                         goto out;
395                 if (!add)
396                         try_free_pud_table(p4d, addr & P4D_MASK);
397         }
398         ret = 0;
399 out:
400         return ret;
401 }
402
403 static void try_free_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long start)
404 {
405         p4d_t *p4d;
406         int i;
407
408         p4d = p4d_offset(pgd, start);
409         for (i = 0; i < PTRS_PER_P4D; i++, p4d++) {
410                 if (!p4d_none(*p4d))
411                         return;
412         }
413         vmem_free_pages(pgd_deref(*pgd), CRST_ALLOC_ORDER);
414         pgd_clear(pgd);
415 }
416
417 static int modify_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool add,
418                             bool direct)
419 {
420         unsigned long addr, next;
421         int ret = -ENOMEM;
422         pgd_t *pgd;
423         p4d_t *p4d;
424
425         if (WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(start | end)))
426                 return -EINVAL;
427         /* Don't mess with any tables not fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
428         if (WARN_ON_ONCE(end > VMALLOC_START))
429                 return -EINVAL;
430         for (addr = start; addr < end; addr = next) {
431                 next = pgd_addr_end(addr, end);
432                 pgd = pgd_offset_k(addr);
433
434                 if (!add) {
435                         if (pgd_none(*pgd))
436                                 continue;
437                 } else if (pgd_none(*pgd)) {
438                         p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
439                         if (!p4d)
440                                 goto out;
441                         pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
442                 }
443                 ret = modify_p4d_table(pgd, addr, next, add, direct);
444                 if (ret)
445                         goto out;
446                 if (!add)
447                         try_free_p4d_table(pgd, addr & PGDIR_MASK);
448         }
449         ret = 0;
450 out:
451         if (!add)
452                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
453         return ret;
454 }
455
456 static int add_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct)
457 {
458         return modify_pagetable(start, end, true, direct);
459 }
460
461 static int remove_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct)
462 {
463         return modify_pagetable(start, end, false, direct);
464 }
465
466 /*
467  * Add a physical memory range to the 1:1 mapping.
468  */
469 static int vmem_add_range(unsigned long start, unsigned long size)
470 {
471         start = (unsigned long)__va(start);
472         return add_pagetable(start, start + size, true);
473 }
474
475 /*
476  * Remove a physical memory range from the 1:1 mapping.
477  */
478 static void vmem_remove_range(unsigned long start, unsigned long size)
479 {
480         start = (unsigned long)__va(start);
481         remove_pagetable(start, start + size, true);
482 }
483
484 /*
485  * Add a backed mem_map array to the virtual mem_map array.
486  */
487 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
488                                struct vmem_altmap *altmap)
489 {
490         int ret;
491
492         mutex_lock(&vmem_mutex);
493         /* We don't care about the node, just use NUMA_NO_NODE on allocations */
494         ret = add_pagetable(start, end, false);
495         if (ret)
496                 remove_pagetable(start, end, false);
497         mutex_unlock(&vmem_mutex);
498         return ret;
499 }
500
501 void vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end,
502                   struct vmem_altmap *altmap)
503 {
504         mutex_lock(&vmem_mutex);
505         remove_pagetable(start, end, false);
506         mutex_unlock(&vmem_mutex);
507 }
508
509 void vmem_remove_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
510 {
511         mutex_lock(&vmem_mutex);
512         vmem_remove_range(start, size);
513         mutex_unlock(&vmem_mutex);
514 }
515
516 struct range arch_get_mappable_range(void)
517 {
518         struct range mhp_range;
519
520         mhp_range.start = 0;
521         mhp_range.end = max_mappable - 1;
522         return mhp_range;
523 }
524
525 int vmem_add_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
526 {
527         struct range range = arch_get_mappable_range();
528         int ret;
529
530         if (start < range.start ||
531             start + size > range.end + 1 ||
532             start + size < start)
533                 return -ERANGE;
534
535         mutex_lock(&vmem_mutex);
536         ret = vmem_add_range(start, size);
537         if (ret)
538                 vmem_remove_range(start, size);
539         mutex_unlock(&vmem_mutex);
540         return ret;
541 }
542
543 /*
544  * Allocate new or return existing page-table entry, but do not map it
545  * to any physical address. If missing, allocate segment- and region-
546  * table entries along. Meeting a large segment- or region-table entry
547  * while traversing is an error, since the function is expected to be
548  * called against virtual regions reserved for 4KB mappings only.
549  */
550 pte_t *vmem_get_alloc_pte(unsigned long addr, bool alloc)
551 {
552         pte_t *ptep = NULL;
553         pgd_t *pgd;
554         p4d_t *p4d;
555         pud_t *pud;
556         pmd_t *pmd;
557         pte_t *pte;
558
559         pgd = pgd_offset_k(addr);
560         if (pgd_none(*pgd)) {
561                 if (!alloc)
562                         goto out;
563                 p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
564                 if (!p4d)
565                         goto out;
566                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
567         }
568         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
569         if (p4d_none(*p4d)) {
570                 if (!alloc)
571                         goto out;
572                 pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
573                 if (!pud)
574                         goto out;
575                 p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
576         }
577         pud = pud_offset(p4d, addr);
578         if (pud_none(*pud)) {
579                 if (!alloc)
580                         goto out;
581                 pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
582                 if (!pmd)
583                         goto out;
584                 pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
585         } else if (WARN_ON_ONCE(pud_large(*pud))) {
586                 goto out;
587         }
588         pmd = pmd_offset(pud, addr);
589         if (pmd_none(*pmd)) {
590                 if (!alloc)
591                         goto out;
592                 pte = vmem_pte_alloc();
593                 if (!pte)
594                         goto out;
595                 pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
596         } else if (WARN_ON_ONCE(pmd_large(*pmd))) {
597                 goto out;
598         }
599         ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
600 out:
601         return ptep;
602 }
603
604 int __vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot, bool alloc)
605 {
606         pte_t *ptep, pte;
607
608         if (!IS_ALIGNED(addr, PAGE_SIZE))
609                 return -EINVAL;
610         ptep = vmem_get_alloc_pte(addr, alloc);
611         if (!ptep)
612                 return -ENOMEM;
613         __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
614         pte = mk_pte_phys(phys, prot);
615         set_pte(ptep, pte);
616         return 0;
617 }
618
619 int vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot)
620 {
621         int rc;
622
623         mutex_lock(&vmem_mutex);
624         rc = __vmem_map_4k_page(addr, phys, prot, true);
625         mutex_unlock(&vmem_mutex);
626         return rc;
627 }
628
629 void vmem_unmap_4k_page(unsigned long addr)
630 {
631         pte_t *ptep;
632
633         mutex_lock(&vmem_mutex);
634         ptep = virt_to_kpte(addr);
635         __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
636         pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
637         mutex_unlock(&vmem_mutex);
638 }
639
640 void __init vmem_map_init(void)
641 {
642         __set_memory_rox(_stext, _etext);
643         __set_memory_ro(_etext, __end_rodata);
644         __set_memory_rox(_sinittext, _einittext);
645         __set_memory_rox(__stext_amode31, __etext_amode31);
646         /*
647          * If the BEAR-enhancement facility is not installed the first
648          * prefix page is used to return to the previous context with
649          * an LPSWE instruction and therefore must be executable.
650          */
651         if (!static_key_enabled(&cpu_has_bear))
652                 set_memory_x(0, 1);
653         if (debug_pagealloc_enabled()) {
654                 /*
655                  * Use RELOC_HIDE() as long as __va(0) translates to NULL,
656                  * since performing pointer arithmetic on a NULL pointer
657                  * has undefined behavior and generates compiler warnings.
658                  */
659                 __set_memory_4k(__va(0), RELOC_HIDE(__va(0), ident_map_size));
660         }
661         if (MACHINE_HAS_NX)
662                 ctl_set_bit(0, 20);
663         pr_info("Write protected kernel read-only data: %luk\n",
664                 (unsigned long)(__end_rodata - _stext) >> 10);
665 }