x86/mm: Use mm_alloc() in poking_init()
[platform/kernel/linux-starfive.git] / arch / x86 / mm / init.c
1 #include <linux/gfp.h>
2 #include <linux/initrd.h>
3 #include <linux/ioport.h>
4 #include <linux/swap.h>
5 #include <linux/memblock.h>
6 #include <linux/swapfile.h>
7 #include <linux/swapops.h>
8 #include <linux/kmemleak.h>
9 #include <linux/sched/task.h>
10
11 #include <asm/set_memory.h>
12 #include <asm/cpu_device_id.h>
13 #include <asm/e820/api.h>
14 #include <asm/init.h>
15 #include <asm/page.h>
16 #include <asm/page_types.h>
17 #include <asm/sections.h>
18 #include <asm/setup.h>
19 #include <asm/tlbflush.h>
20 #include <asm/tlb.h>
21 #include <asm/proto.h>
22 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
23 #include <asm/microcode.h>
24 #include <asm/kaslr.h>
25 #include <asm/hypervisor.h>
26 #include <asm/cpufeature.h>
27 #include <asm/pti.h>
28 #include <asm/text-patching.h>
29 #include <asm/memtype.h>
30 #include <asm/paravirt.h>
31
32 /*
33  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
34  * is only compiled when SMP=y.
35  */
36 #include <trace/events/tlb.h>
37
38 #include "mm_internal.h"
39
40 /*
41  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
42  *
43  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
44  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
45  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
46  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
47  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
48  *
49  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
50  *
51  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
52  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
53  */
54 static uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
55         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
57         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
58         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
59         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
60         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
61 };
62
63 unsigned long cachemode2protval(enum page_cache_mode pcm)
64 {
65         if (likely(pcm == 0))
66                 return 0;
67         return __cachemode2pte_tbl[pcm];
68 }
69 EXPORT_SYMBOL(cachemode2protval);
70
71 static uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
72         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
73         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
74         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
75         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
76         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
77         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
78         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
79         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
80 };
81
82 /*
83  * Check that the write-protect PAT entry is set for write-protect.
84  * To do this without making assumptions how PAT has been set up (Xen has
85  * another layout than the kernel), translate the _PAGE_CACHE_MODE_WP cache
86  * mode via the __cachemode2pte_tbl[] into protection bits (those protection
87  * bits will select a cache mode of WP or better), and then translate the
88  * protection bits back into the cache mode using __pte2cm_idx() and the
89  * __pte2cachemode_tbl[] array. This will return the really used cache mode.
90  */
91 bool x86_has_pat_wp(void)
92 {
93         uint16_t prot = __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_WP];
94
95         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(prot)] == _PAGE_CACHE_MODE_WP;
96 }
97
98 enum page_cache_mode pgprot2cachemode(pgprot_t pgprot)
99 {
100         unsigned long masked;
101
102         masked = pgprot_val(pgprot) & _PAGE_CACHE_MASK;
103         if (likely(masked == 0))
104                 return 0;
105         return __pte2cachemode_tbl[__pte2cm_idx(masked)];
106 }
107
108 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
109 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
110 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
111
112 static unsigned long min_pfn_mapped;
113
114 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
115
116 /*
117  * Pages returned are already directly mapped.
118  *
119  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
120  *
121  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
122  *
123  * for detailed information.
124  */
125 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
126 {
127         unsigned long pfn;
128         int i;
129
130         if (after_bootmem) {
131                 unsigned int order;
132
133                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
134                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
135         }
136
137         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
138                 unsigned long ret = 0;
139
140                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
141                         ret = memblock_phys_alloc_range(
142                                         PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE,
143                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
144                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
145                 }
146                 if (!ret && can_use_brk_pgt)
147                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
148
149                 if (!ret)
150                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
151
152                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
153         } else {
154                 pfn = pgt_buf_end;
155                 pgt_buf_end += num;
156         }
157
158         for (i = 0; i < num; i++) {
159                 void *adr;
160
161                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
162                 clear_page(adr);
163         }
164
165         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
166 }
167
168 /*
169  * By default need to be able to allocate page tables below PGD firstly for
170  * the 0-ISA_END_ADDRESS range and secondly for the initial PMD_SIZE mapping.
171  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory and the
172  * PUD alignment, twice that many pages may be needed when KASLR memory
173  * randomization is enabled.
174  */
175
176 #ifndef CONFIG_X86_5LEVEL
177 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    3
178 #else
179 #define INIT_PGD_PAGE_TABLES    4
180 #endif
181
182 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
183 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (2 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
184 #else
185 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      (4 * INIT_PGD_PAGE_TABLES)
186 #endif
187
188 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
189 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
190 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
191 {
192         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
193         phys_addr_t base;
194
195         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
196
197         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
198         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
199         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
200 }
201
202 int after_bootmem;
203
204 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
205
206 struct map_range {
207         unsigned long start;
208         unsigned long end;
209         unsigned page_size_mask;
210 };
211
212 static int page_size_mask;
213
214 /*
215  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
216  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
217  * up after us can get the correct flags. Invoked on the boot CPU.
218  */
219 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
220 {
221         mmu_cr4_features |= mask;
222         if (trampoline_cr4_features)
223                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
224         cr4_set_bits(mask);
225 }
226
227 static void __init probe_page_size_mask(void)
228 {
229         /*
230          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
231          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
232          * large pages into small in interrupt context, etc.
233          */
234         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
235                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
236         else
237                 direct_gbpages = 0;
238
239         /* Enable PSE if available */
240         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
241                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
242
243         /* Enable PGE if available */
244         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
245         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
246                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
247                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
248         }
249
250         /* By the default is everything supported: */
251         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
252         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
253         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
254                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
255
256         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
257         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
258                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
259                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
260         } else {
261                 direct_gbpages = 0;
262         }
263 }
264
265 #define INTEL_MATCH(_model) { .vendor  = X86_VENDOR_INTEL,      \
266                               .family  = 6,                     \
267                               .model = _model,                  \
268                             }
269 /*
270  * INVLPG may not properly flush Global entries
271  * on these CPUs when PCIDs are enabled.
272  */
273 static const struct x86_cpu_id invlpg_miss_ids[] = {
274         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE   ),
275         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE_L ),
276         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE_N ),
277         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE  ),
278         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_P),
279         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_S),
280         {}
281 };
282
283 static void setup_pcid(void)
284 {
285         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
286                 return;
287
288         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
289                 return;
290
291         if (x86_match_cpu(invlpg_miss_ids)) {
292                 pr_info("Incomplete global flushes, disabling PCID");
293                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
294                 return;
295         }
296
297         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
298                 /*
299                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
300                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
301                  * do any good anyway.  Despite the name,
302                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
303                  * the bits in question to remain set all the way through
304                  * the secondary boot asm.
305                  *
306                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
307                  * start_secondary().
308                  */
309                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
310
311                 /*
312                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
313                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
314                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
315                  * no INVPCID support at all.
316                  */
317                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
318                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
319         } else {
320                 /*
321                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
322                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
323                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
324                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
325                  * data if we're on an improperly configured VM.
326                  */
327                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
328         }
329 }
330
331 #ifdef CONFIG_X86_32
332 #define NR_RANGE_MR 3
333 #else /* CONFIG_X86_64 */
334 #define NR_RANGE_MR 5
335 #endif
336
337 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
338                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
339                              unsigned long page_size_mask)
340 {
341         if (start_pfn < end_pfn) {
342                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
343                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
344                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
345                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
346                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
347                 nr_range++;
348         }
349
350         return nr_range;
351 }
352
353 /*
354  * adjust the page_size_mask for small range to go with
355  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
356  */
357 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
358                                                          int nr_range)
359 {
360         int i;
361
362         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
363                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
364                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
365                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
366                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
367
368 #ifdef CONFIG_X86_32
369                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
370                                 continue;
371 #endif
372
373                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
374                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
375                 }
376                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
377                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
378                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
379                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
380
381                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
382                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
383                 }
384         }
385 }
386
387 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
388 {
389         static const char str_1g[] = "1G";
390         static const char str_2m[] = "2M";
391         static const char str_4m[] = "4M";
392         static const char str_4k[] = "4k";
393
394         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
395                 return str_1g;
396         /*
397          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
398          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
399          * print out the right size in the string.
400          */
401         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
402             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
403             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
404                 return str_4m;
405
406         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
407                 return str_2m;
408
409         return str_4k;
410 }
411
412 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
413                                      unsigned long start,
414                                      unsigned long end)
415 {
416         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
417         unsigned long pfn;
418         int i;
419
420         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
421
422         /* head if not big page alignment ? */
423         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
424 #ifdef CONFIG_X86_32
425         /*
426          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
427          * because there are often fixed size MTRRs in there
428          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
429          * slowdowns.
430          */
431         if (pfn == 0)
432                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
433         else
434                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
435 #else /* CONFIG_X86_64 */
436         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
437 #endif
438         if (end_pfn > limit_pfn)
439                 end_pfn = limit_pfn;
440         if (start_pfn < end_pfn) {
441                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
442                 pfn = end_pfn;
443         }
444
445         /* big page (2M) range */
446         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
447 #ifdef CONFIG_X86_32
448         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
449 #else /* CONFIG_X86_64 */
450         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
451         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
452                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
453 #endif
454
455         if (start_pfn < end_pfn) {
456                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
457                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
458                 pfn = end_pfn;
459         }
460
461 #ifdef CONFIG_X86_64
462         /* big page (1G) range */
463         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
464         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
465         if (start_pfn < end_pfn) {
466                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
467                                 page_size_mask &
468                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
469                 pfn = end_pfn;
470         }
471
472         /* tail is not big page (1G) alignment */
473         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
474         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
475         if (start_pfn < end_pfn) {
476                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
477                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
478                 pfn = end_pfn;
479         }
480 #endif
481
482         /* tail is not big page (2M) alignment */
483         start_pfn = pfn;
484         end_pfn = limit_pfn;
485         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
486
487         if (!after_bootmem)
488                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
489
490         /* try to merge same page size and continuous */
491         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
492                 unsigned long old_start;
493                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
494                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
495                         continue;
496                 /* move it */
497                 old_start = mr[i].start;
498                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
499                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
500                 mr[i--].start = old_start;
501                 nr_range--;
502         }
503
504         for (i = 0; i < nr_range; i++)
505                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
506                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
507                                 page_size_string(&mr[i]));
508
509         return nr_range;
510 }
511
512 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
513 int nr_pfn_mapped;
514
515 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
516 {
517         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
518                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
519         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
520
521         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
522
523         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
524                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
525                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
526 }
527
528 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
529 {
530         int i;
531
532         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
533                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
534                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
535                         return true;
536
537         return false;
538 }
539
540 /*
541  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
542  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
543  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
544  */
545 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
546                                         unsigned long end, pgprot_t prot)
547 {
548         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
549         unsigned long ret = 0;
550         int nr_range, i;
551
552         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
553                start, end - 1);
554
555         memset(mr, 0, sizeof(mr));
556         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
557
558         for (i = 0; i < nr_range; i++)
559                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
560                                                    mr[i].page_size_mask,
561                                                    prot);
562
563         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
564
565         return ret >> PAGE_SHIFT;
566 }
567
568 /*
569  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
570  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
571  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
572  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
573  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
574  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
575  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
576  *
577  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
578  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
579  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
580  */
581 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
582                                            unsigned long r_start,
583                                            unsigned long r_end)
584 {
585         unsigned long start_pfn, end_pfn;
586         unsigned long mapped_ram_size = 0;
587         int i;
588
589         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
590                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
591                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
592                 if (start >= end)
593                         continue;
594
595                 /*
596                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
597                  * alloc pgt buf from memblock instead.
598                  */
599                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
600                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
601                 init_memory_mapping(start, end, PAGE_KERNEL);
602                 mapped_ram_size += end - start;
603                 can_use_brk_pgt = true;
604         }
605
606         return mapped_ram_size;
607 }
608
609 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
610 {
611         /*
612          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
613          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
614          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
615          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
616          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
617          * difference of page table level shifts.
618          *
619          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
620          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
621          * turns it into 0x100000000ULL.
622          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
623          * needs to be taken into consideration by the code below.
624          */
625         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
626 }
627
628 /**
629  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
630  * @map_start: start address of the target memory range
631  * @map_end: end address of the target memory range
632  *
633  * This function will setup direct mapping for memory range
634  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
635  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
636  * memory in top-down.
637  */
638 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
639                                        unsigned long map_end)
640 {
641         unsigned long real_end, last_start;
642         unsigned long step_size;
643         unsigned long addr;
644         unsigned long mapped_ram_size = 0;
645
646         /*
647          * Systems that have many reserved areas near top of the memory,
648          * e.g. QEMU with less than 1G RAM and EFI enabled, or Xen, will
649          * require lots of 4K mappings which may exhaust pgt_buf.
650          * Start with top-most PMD_SIZE range aligned at PMD_SIZE to ensure
651          * there is enough mapped memory that can be allocated from
652          * memblock.
653          */
654         addr = memblock_phys_alloc_range(PMD_SIZE, PMD_SIZE, map_start,
655                                          map_end);
656         memblock_phys_free(addr, PMD_SIZE);
657         real_end = addr + PMD_SIZE;
658
659         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
660         step_size = PMD_SIZE;
661         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
662         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
663         last_start = real_end;
664
665         /*
666          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
667          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
668          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
669          * for page table.
670          */
671         while (last_start > map_start) {
672                 unsigned long start;
673
674                 if (last_start > step_size) {
675                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
676                         if (start < map_start)
677                                 start = map_start;
678                 } else
679                         start = map_start;
680                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
681                                                         last_start);
682                 last_start = start;
683                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
684                 if (mapped_ram_size >= step_size)
685                         step_size = get_new_step_size(step_size);
686         }
687
688         if (real_end < map_end)
689                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
690 }
691
692 /**
693  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
694  * @map_start: start address of the target memory range
695  * @map_end: end address of the target memory range
696  *
697  * This function will setup direct mapping for memory range
698  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
699  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
700  * be allocated just above the kernel and we map the memory
701  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
702  */
703 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
704                                         unsigned long map_end)
705 {
706         unsigned long next, start;
707         unsigned long mapped_ram_size = 0;
708         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
709         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
710
711         start = map_start;
712         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
713
714         /*
715          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
716          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
717          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
718          * for page table.
719          */
720         while (start < map_end) {
721                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
722                         next = round_up(start + 1, step_size);
723                         if (next > map_end)
724                                 next = map_end;
725                 } else {
726                         next = map_end;
727                 }
728
729                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
730                 start = next;
731
732                 if (mapped_ram_size >= step_size)
733                         step_size = get_new_step_size(step_size);
734         }
735 }
736
737 /*
738  * The real mode trampoline, which is required for bootstrapping CPUs
739  * occupies only a small area under the low 1MB.  See reserve_real_mode()
740  * for details.
741  *
742  * If KASLR is disabled the first PGD entry of the direct mapping is copied
743  * to map the real mode trampoline.
744  *
745  * If KASLR is enabled, copy only the PUD which covers the low 1MB
746  * area. This limits the randomization granularity to 1GB for both 4-level
747  * and 5-level paging.
748  */
749 static void __init init_trampoline(void)
750 {
751 #ifdef CONFIG_X86_64
752         /*
753          * The code below will alias kernel page-tables in the user-range of the
754          * address space, including the Global bit. So global TLB entries will
755          * be created when using the trampoline page-table.
756          */
757         if (!kaslr_memory_enabled())
758                 trampoline_pgd_entry = init_top_pgt[pgd_index(__PAGE_OFFSET)];
759         else
760                 init_trampoline_kaslr();
761 #endif
762 }
763
764 void __init init_mem_mapping(void)
765 {
766         unsigned long end;
767
768         pti_check_boottime_disable();
769         probe_page_size_mask();
770         setup_pcid();
771
772 #ifdef CONFIG_X86_64
773         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
774 #else
775         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
776 #endif
777
778         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
779         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS, PAGE_KERNEL);
780
781         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
782         init_trampoline();
783
784         /*
785          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
786          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
787          */
788         if (memblock_bottom_up()) {
789                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
790
791                 /*
792                  * we need two separate calls here. This is because we want to
793                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
794                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
795                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
796                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
797                  */
798                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
799                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
800         } else {
801                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
802         }
803
804 #ifdef CONFIG_X86_64
805         if (max_pfn > max_low_pfn) {
806                 /* can we preserve max_low_pfn ?*/
807                 max_low_pfn = max_pfn;
808         }
809 #else
810         early_ioremap_page_table_range_init();
811 #endif
812
813         load_cr3(swapper_pg_dir);
814         __flush_tlb_all();
815
816         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
817
818         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
819 }
820
821 /*
822  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
823  * during patching.
824  */
825 void __init poking_init(void)
826 {
827         spinlock_t *ptl;
828         pte_t *ptep;
829
830         poking_mm = mm_alloc();
831         BUG_ON(!poking_mm);
832
833         /* Xen PV guests need the PGD to be pinned. */
834         paravirt_arch_dup_mmap(NULL, poking_mm);
835
836         /*
837          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
838          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
839          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
840          */
841         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
842         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
843                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
844                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
845
846         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
847                 poking_addr += PAGE_SIZE;
848
849         /*
850          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
851          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
852          * section, which might cause allocation to fail.
853          */
854         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
855         BUG_ON(!ptep);
856         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
857 }
858
859 /*
860  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
861  * is valid. The argument is a physical page number.
862  *
863  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
864  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
865  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
866  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
867  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
868  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
869  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
870  */
871 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
872 {
873         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
874                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
875                         != REGION_DISJOINT) {
876                 /*
877                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
878                  * request that the page be shown as all zeros.
879                  */
880                 if (pagenr < 256)
881                         return 2;
882
883                 return 0;
884         }
885
886         /*
887          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
888          * restricted resource under CONFIG_STRICT_DEVMEM.
889          */
890         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
891                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
892                 if (pagenr < 256)
893                         return 1;
894
895                 return 0;
896         }
897
898         return 1;
899 }
900
901 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
902 {
903         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
904
905         /* Make sure boundaries are page aligned */
906         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
907         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
908
909         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
910                 begin = begin_aligned;
911                 end   = end_aligned;
912         }
913
914         if (begin >= end)
915                 return;
916
917         /*
918          * If debugging page accesses then do not free this memory but
919          * mark them not present - any buggy init-section access will
920          * create a kernel page fault:
921          */
922         if (debug_pagealloc_enabled()) {
923                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
924                         begin, end - 1);
925                 /*
926                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
927                  * corresponding pages will be unmapped.
928                  */
929                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
930                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
931         } else {
932                 /*
933                  * We just marked the kernel text read only above, now that
934                  * we are going to free part of that, we need to make that
935                  * writeable and non-executable first.
936                  */
937                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
938                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
939
940                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
941                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
942         }
943 }
944
945 /*
946  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
947  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
948  * right thing for either kind of address.
949  */
950 void free_kernel_image_pages(const char *what, void *begin, void *end)
951 {
952         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
953         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
954         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
955
956         free_init_pages(what, begin_ul, end_ul);
957
958         /*
959          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
960          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
961          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
962          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
963          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
964          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
965          * optimizations PTI is currently using.
966          *
967          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
968          * needed to access the freed pages.
969          *
970          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
971          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
972          */
973         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
974                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
975 }
976
977 void __ref free_initmem(void)
978 {
979         e820__reallocate_tables();
980
981         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
982
983         free_kernel_image_pages("unused kernel image (initmem)",
984                                 &__init_begin, &__init_end);
985 }
986
987 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
988 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
989 {
990         /*
991          * end could be not aligned, and We can not align that,
992          * decompressor could be confused by aligned initrd_end
993          * We already reserve the end partial page before in
994          *   - i386_start_kernel()
995          *   - x86_64_start_kernel()
996          *   - relocate_initrd()
997          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
998          */
999         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
1000 }
1001 #endif
1002
1003 /*
1004  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
1005  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
1006  * accurately.
1007  *
1008  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
1009  * might benefit from this as well.
1010  */
1011 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
1012 {
1013 #ifdef CONFIG_X86_64
1014         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
1015         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1016         phys_addr_t start_addr, end_addr;
1017         int i;
1018         u64 u;
1019
1020         /*
1021          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
1022          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
1023          */
1024         nr_pages = 0;
1025         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
1026                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
1027                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
1028
1029                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
1030         }
1031
1032         /*
1033          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
1034          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
1035          * pages at the beginning or the end of the range:
1036          */
1037         nr_free_pages = 0;
1038         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
1039                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
1040                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
1041
1042                 if (start_pfn < end_pfn)
1043                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
1044         }
1045
1046         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
1047 #endif
1048 }
1049
1050 void __init zone_sizes_init(void)
1051 {
1052         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
1053
1054         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
1055
1056 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
1057         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
1058 #endif
1059 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
1060         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
1061 #endif
1062         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
1063 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1064         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
1065 #endif
1066
1067         free_area_init(max_zone_pfns);
1068 }
1069
1070 __visible DEFINE_PER_CPU_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
1071         .loaded_mm = &init_mm,
1072         .next_asid = 1,
1073         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
1074 };
1075
1076 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
1077 {
1078         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
1079         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
1080
1081         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
1082         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
1083 }
1084
1085 #ifdef CONFIG_SWAP
1086 unsigned long arch_max_swapfile_size(void)
1087 {
1088         unsigned long pages;
1089
1090         pages = generic_max_swapfile_size();
1091
1092         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1093                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1094                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1095                 /*
1096                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1097                  * which makes the usable limit higher.
1098                  */
1099 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1100                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1101 #endif
1102                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1103         }
1104         return pages;
1105 }
1106 #endif