mm/debug_vm_pgtable.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * This kernel test validates architecture page table helpers and
   4  * accessors and helps in verifying their continued compliance with
   5  * expected generic MM semantics.
   6  *
   7  * Copyright (C) 2019 ARM Ltd.
   8  *
   9  * Author: Anshuman Khandual <anshuman.khandual@arm.com>
  10  */
  11 #define pr_fmt(fmt) "debug_vm_pgtable: [%-25s]: " fmt, __func__
  12
  13 #include <linux/gfp.h>
  14 #include <linux/highmem.h>
  15 #include <linux/hugetlb.h>
  16 #include <linux/kernel.h>
  17 #include <linux/kconfig.h>
  18 #include <linux/memblock.h>
  19 #include <linux/mm.h>
  20 #include <linux/mman.h>
  21 #include <linux/mm_types.h>
  22 #include <linux/module.h>
  23 #include <linux/pfn_t.h>
  24 #include <linux/printk.h>
  25 #include <linux/pgtable.h>
  26 #include <linux/random.h>
  27 #include <linux/spinlock.h>
  28 #include <linux/swap.h>
  29 #include <linux/swapops.h>
  30 #include <linux/start_kernel.h>
  31 #include <linux/sched/mm.h>
  32 #include <linux/io.h>
  33
  34 #include <asm/cacheflush.h>
  35 #include <asm/pgalloc.h>
  36 #include <asm/tlbflush.h>
  37
  38 /*
  39  * Please refer Documentation/mm/arch_pgtable_helpers.rst for the semantics
  40  * expectations that are being validated here. All future changes in here
  41  * or the documentation need to be in sync.
  42  *
  43  * On s390 platform, the lower 4 bits are used to identify given page table
  44  * entry type. But these bits might affect the ability to clear entries with
  45  * pxx_clear() because of how dynamic page table folding works on s390. So
  46  * while loading up the entries do not change the lower 4 bits. It does not
  47  * have affect any other platform. Also avoid the 62nd bit on ppc64 that is
  48  * used to mark a pte entry.
  49  */
  50 #define S390_SKIP_MASK          GENMASK(3, 0)
  51 #if __BITS_PER_LONG == 64
  52 #define PPC64_SKIP_MASK         GENMASK(62, 62)
  53 #else
  54 #define PPC64_SKIP_MASK         0x0
  55 #endif
  56 #define ARCH_SKIP_MASK (S390_SKIP_MASK | PPC64_SKIP_MASK)
  57 #define RANDOM_ORVALUE (GENMASK(BITS_PER_LONG - 1, 0) & ~ARCH_SKIP_MASK)
  58 #define RANDOM_NZVALUE  GENMASK(7, 0)
  59
  60 struct pgtable_debug_args {
  61         struct mm_struct        *mm;
  62         struct vm_area_struct   *vma;
  63
  64         pgd_t                   *pgdp;
  65         p4d_t                   *p4dp;
  66         pud_t                   *pudp;
  67         pmd_t                   *pmdp;
  68         pte_t                   *ptep;
  69
  70         p4d_t                   *start_p4dp;
  71         pud_t                   *start_pudp;
  72         pmd_t                   *start_pmdp;
  73         pgtable_t               start_ptep;
  74
  75         unsigned long           vaddr;
  76         pgprot_t                page_prot;
  77         pgprot_t                page_prot_none;
  78
  79         bool                    is_contiguous_page;
  80         unsigned long           pud_pfn;
  81         unsigned long           pmd_pfn;
  82         unsigned long           pte_pfn;
  83
  84         unsigned long           fixed_alignment;
  85         unsigned long           fixed_pgd_pfn;
  86         unsigned long           fixed_p4d_pfn;
  87         unsigned long           fixed_pud_pfn;
  88         unsigned long           fixed_pmd_pfn;
  89         unsigned long           fixed_pte_pfn;
  90 };
  91
  92 static void __init pte_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx)
  93 {
  94         pgprot_t prot = vm_get_page_prot(idx);
  95         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, prot);
  96         unsigned long val = idx, *ptr = &val;
  97
  98         pr_debug("Validating PTE basic (%pGv)\n", ptr);
  99
 100         /*
 101          * This test needs to be executed after the given page table entry
 102          * is created with pfn_pte() to make sure that vm_get_page_prot(idx)
 103          * does not have the dirty bit enabled from the beginning. This is
 104          * important for platforms like arm64 where (!PTE_RDONLY) indicate
 105          * dirty bit being set.
 106          */
 107         WARN_ON(pte_dirty(pte_wrprotect(pte)));
 108
 109         WARN_ON(!pte_same(pte, pte));
 110         WARN_ON(!pte_young(pte_mkyoung(pte_mkold(pte))));
 111         WARN_ON(!pte_dirty(pte_mkdirty(pte_mkclean(pte))));
 112         WARN_ON(!pte_write(pte_mkwrite(pte_wrprotect(pte))));
 113         WARN_ON(pte_young(pte_mkold(pte_mkyoung(pte))));
 114         WARN_ON(pte_dirty(pte_mkclean(pte_mkdirty(pte))));
 115         WARN_ON(pte_write(pte_wrprotect(pte_mkwrite(pte))));
 116         WARN_ON(pte_dirty(pte_wrprotect(pte_mkclean(pte))));
 117         WARN_ON(!pte_dirty(pte_wrprotect(pte_mkdirty(pte))));
 118 }
 119
 120 static void __init pte_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 121 {
 122         struct page *page;
 123         pte_t pte;
 124
 125         /*
 126          * Architectures optimize set_pte_at by avoiding TLB flush.
 127          * This requires set_pte_at to be not used to update an
 128          * existing pte entry. Clear pte before we do set_pte_at
 129          *
 130          * flush_dcache_page() is called after set_pte_at() to clear
 131          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 132          * when it's released and page allocation check will fail when
 133          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 134          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 135          */
 136         page = (args->pte_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pte_pfn) : NULL;
 137         if (!page)
 138                 return;
 139
 140         pr_debug("Validating PTE advanced\n");
 141         if (WARN_ON(!args->ptep))
 142                 return;
 143
 144         pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 145         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 146         flush_dcache_page(page);
 147         ptep_set_wrprotect(args->mm, args->vaddr, args->ptep);
 148         pte = ptep_get(args->ptep);
 149         WARN_ON(pte_write(pte));
 150         ptep_get_and_clear(args->mm, args->vaddr, args->ptep);
 151         pte = ptep_get(args->ptep);
 152         WARN_ON(!pte_none(pte));
 153
 154         pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 155         pte = pte_wrprotect(pte);
 156         pte = pte_mkclean(pte);
 157         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 158         flush_dcache_page(page);
 159         pte = pte_mkwrite(pte);
 160         pte = pte_mkdirty(pte);
 161         ptep_set_access_flags(args->vma, args->vaddr, args->ptep, pte, 1);
 162         pte = ptep_get(args->ptep);
 163         WARN_ON(!(pte_write(pte) && pte_dirty(pte)));
 164         ptep_get_and_clear_full(args->mm, args->vaddr, args->ptep, 1);
 165         pte = ptep_get(args->ptep);
 166         WARN_ON(!pte_none(pte));
 167
 168         pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 169         pte = pte_mkyoung(pte);
 170         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 171         flush_dcache_page(page);
 172         ptep_test_and_clear_young(args->vma, args->vaddr, args->ptep);
 173         pte = ptep_get(args->ptep);
 174         WARN_ON(pte_young(pte));
 175
 176         ptep_get_and_clear_full(args->mm, args->vaddr, args->ptep, 1);
 177 }
 178
 179 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 180 static void __init pmd_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx)
 181 {
 182         pgprot_t prot = vm_get_page_prot(idx);
 183         unsigned long val = idx, *ptr = &val;
 184         pmd_t pmd;
 185
 186         if (!has_transparent_hugepage())
 187                 return;
 188
 189         pr_debug("Validating PMD basic (%pGv)\n", ptr);
 190         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, prot);
 191
 192         /*
 193          * This test needs to be executed after the given page table entry
 194          * is created with pfn_pmd() to make sure that vm_get_page_prot(idx)
 195          * does not have the dirty bit enabled from the beginning. This is
 196          * important for platforms like arm64 where (!PTE_RDONLY) indicate
 197          * dirty bit being set.
 198          */
 199         WARN_ON(pmd_dirty(pmd_wrprotect(pmd)));
 200
 201
 202         WARN_ON(!pmd_same(pmd, pmd));
 203         WARN_ON(!pmd_young(pmd_mkyoung(pmd_mkold(pmd))));
 204         WARN_ON(!pmd_dirty(pmd_mkdirty(pmd_mkclean(pmd))));
 205         WARN_ON(!pmd_write(pmd_mkwrite(pmd_wrprotect(pmd))));
 206         WARN_ON(pmd_young(pmd_mkold(pmd_mkyoung(pmd))));
 207         WARN_ON(pmd_dirty(pmd_mkclean(pmd_mkdirty(pmd))));
 208         WARN_ON(pmd_write(pmd_wrprotect(pmd_mkwrite(pmd))));
 209         WARN_ON(pmd_dirty(pmd_wrprotect(pmd_mkclean(pmd))));
 210         WARN_ON(!pmd_dirty(pmd_wrprotect(pmd_mkdirty(pmd))));
 211         /*
 212          * A huge page does not point to next level page table
 213          * entry. Hence this must qualify as pmd_bad().
 214          */
 215         WARN_ON(!pmd_bad(pmd_mkhuge(pmd)));
 216 }
 217
 218 static void __init pmd_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 219 {
 220         struct page *page;
 221         pmd_t pmd;
 222         unsigned long vaddr = args->vaddr;
 223
 224         if (!has_transparent_hugepage())
 225                 return;
 226
 227         page = (args->pmd_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pmd_pfn) : NULL;
 228         if (!page)
 229                 return;
 230
 231         /*
 232          * flush_dcache_page() is called after set_pmd_at() to clear
 233          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 234          * when it's released and page allocation check will fail when
 235          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 236          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 237          */
 238         pr_debug("Validating PMD advanced\n");
 239         /* Align the address wrt HPAGE_PMD_SIZE */
 240         vaddr &= HPAGE_PMD_MASK;
 241
 242         pgtable_trans_huge_deposit(args->mm, args->pmdp, args->start_ptep);
 243
 244         pmd = pfn_pmd(args->pmd_pfn, args->page_prot);
 245         set_pmd_at(args->mm, vaddr, args->pmdp, pmd);
 246         flush_dcache_page(page);
 247         pmdp_set_wrprotect(args->mm, vaddr, args->pmdp);
 248         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 249         WARN_ON(pmd_write(pmd));
 250         pmdp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pmdp);
 251         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 252         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 253
 254         pmd = pfn_pmd(args->pmd_pfn, args->page_prot);
 255         pmd = pmd_wrprotect(pmd);
 256         pmd = pmd_mkclean(pmd);
 257         set_pmd_at(args->mm, vaddr, args->pmdp, pmd);
 258         flush_dcache_page(page);
 259         pmd = pmd_mkwrite(pmd);
 260         pmd = pmd_mkdirty(pmd);
 261         pmdp_set_access_flags(args->vma, vaddr, args->pmdp, pmd, 1);
 262         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 263         WARN_ON(!(pmd_write(pmd) && pmd_dirty(pmd)));
 264         pmdp_huge_get_and_clear_full(args->vma, vaddr, args->pmdp, 1);
 265         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 266         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 267
 268         pmd = pmd_mkhuge(pfn_pmd(args->pmd_pfn, args->page_prot));
 269         pmd = pmd_mkyoung(pmd);
 270         set_pmd_at(args->mm, vaddr, args->pmdp, pmd);
 271         flush_dcache_page(page);
 272         pmdp_test_and_clear_young(args->vma, vaddr, args->pmdp);
 273         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 274         WARN_ON(pmd_young(pmd));
 275
 276         /*  Clear the pte entries  */
 277         pmdp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pmdp);
 278         pgtable_trans_huge_withdraw(args->mm, args->pmdp);
 279 }
 280
 281 static void __init pmd_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 282 {
 283         pmd_t pmd;
 284
 285         if (!has_transparent_hugepage())
 286                 return;
 287
 288         pr_debug("Validating PMD leaf\n");
 289         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 290
 291         /*
 292          * PMD based THP is a leaf entry.
 293          */
 294         pmd = pmd_mkhuge(pmd);
 295         WARN_ON(!pmd_leaf(pmd));
 296 }
 297
 298 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD
 299 static void __init pud_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx)
 300 {
 301         pgprot_t prot = vm_get_page_prot(idx);
 302         unsigned long val = idx, *ptr = &val;
 303         pud_t pud;
 304
 305         if (!has_transparent_hugepage())
 306                 return;
 307
 308         pr_debug("Validating PUD basic (%pGv)\n", ptr);
 309         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, prot);
 310
 311         /*
 312          * This test needs to be executed after the given page table entry
 313          * is created with pfn_pud() to make sure that vm_get_page_prot(idx)
 314          * does not have the dirty bit enabled from the beginning. This is
 315          * important for platforms like arm64 where (!PTE_RDONLY) indicate
 316          * dirty bit being set.
 317          */
 318         WARN_ON(pud_dirty(pud_wrprotect(pud)));
 319
 320         WARN_ON(!pud_same(pud, pud));
 321         WARN_ON(!pud_young(pud_mkyoung(pud_mkold(pud))));
 322         WARN_ON(!pud_dirty(pud_mkdirty(pud_mkclean(pud))));
 323         WARN_ON(pud_dirty(pud_mkclean(pud_mkdirty(pud))));
 324         WARN_ON(!pud_write(pud_mkwrite(pud_wrprotect(pud))));
 325         WARN_ON(pud_write(pud_wrprotect(pud_mkwrite(pud))));
 326         WARN_ON(pud_young(pud_mkold(pud_mkyoung(pud))));
 327         WARN_ON(pud_dirty(pud_wrprotect(pud_mkclean(pud))));
 328         WARN_ON(!pud_dirty(pud_wrprotect(pud_mkdirty(pud))));
 329
 330         if (mm_pmd_folded(args->mm))
 331                 return;
 332
 333         /*
 334          * A huge page does not point to next level page table
 335          * entry. Hence this must qualify as pud_bad().
 336          */
 337         WARN_ON(!pud_bad(pud_mkhuge(pud)));
 338 }
 339
 340 static void __init pud_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 341 {
 342         struct page *page;
 343         unsigned long vaddr = args->vaddr;
 344         pud_t pud;
 345
 346         if (!has_transparent_hugepage())
 347                 return;
 348
 349         page = (args->pud_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pud_pfn) : NULL;
 350         if (!page)
 351                 return;
 352
 353         /*
 354          * flush_dcache_page() is called after set_pud_at() to clear
 355          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 356          * when it's released and page allocation check will fail when
 357          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 358          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 359          */
 360         pr_debug("Validating PUD advanced\n");
 361         /* Align the address wrt HPAGE_PUD_SIZE */
 362         vaddr &= HPAGE_PUD_MASK;
 363
 364         pud = pfn_pud(args->pud_pfn, args->page_prot);
 365         set_pud_at(args->mm, vaddr, args->pudp, pud);
 366         flush_dcache_page(page);
 367         pudp_set_wrprotect(args->mm, vaddr, args->pudp);
 368         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 369         WARN_ON(pud_write(pud));
 370
 371 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 372         pudp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pudp);
 373         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 374         WARN_ON(!pud_none(pud));
 375 #endif /* __PAGETABLE_PMD_FOLDED */
 376         pud = pfn_pud(args->pud_pfn, args->page_prot);
 377         pud = pud_wrprotect(pud);
 378         pud = pud_mkclean(pud);
 379         set_pud_at(args->mm, vaddr, args->pudp, pud);
 380         flush_dcache_page(page);
 381         pud = pud_mkwrite(pud);
 382         pud = pud_mkdirty(pud);
 383         pudp_set_access_flags(args->vma, vaddr, args->pudp, pud, 1);
 384         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 385         WARN_ON(!(pud_write(pud) && pud_dirty(pud)));
 386
 387 #ifndef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
 388         pudp_huge_get_and_clear_full(args->mm, vaddr, args->pudp, 1);
 389         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 390         WARN_ON(!pud_none(pud));
 391 #endif /* __PAGETABLE_PMD_FOLDED */
 392
 393         pud = pfn_pud(args->pud_pfn, args->page_prot);
 394         pud = pud_mkyoung(pud);
 395         set_pud_at(args->mm, vaddr, args->pudp, pud);
 396         flush_dcache_page(page);
 397         pudp_test_and_clear_young(args->vma, vaddr, args->pudp);
 398         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 399         WARN_ON(pud_young(pud));
 400
 401         pudp_huge_get_and_clear(args->mm, vaddr, args->pudp);
 402 }
 403
 404 static void __init pud_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 405 {
 406         pud_t pud;
 407
 408         if (!has_transparent_hugepage())
 409                 return;
 410
 411         pr_debug("Validating PUD leaf\n");
 412         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, args->page_prot);
 413         /*
 414          * PUD based THP is a leaf entry.
 415          */
 416         pud = pud_mkhuge(pud);
 417         WARN_ON(!pud_leaf(pud));
 418 }
 419 #else  /* !CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 420 static void __init pud_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx) { }
 421 static void __init pud_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 422 static void __init pud_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 423 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 424 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 425 static void __init pmd_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx) { }
 426 static void __init pud_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args, int idx) { }
 427 static void __init pmd_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 428 static void __init pud_advanced_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 429 static void __init pmd_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 430 static void __init pud_leaf_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 431 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 432
 433 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
 434 static void __init pmd_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 435 {
 436         pmd_t pmd;
 437
 438         if (!arch_vmap_pmd_supported(args->page_prot) ||
 439             args->fixed_alignment < PMD_SIZE)
 440                 return;
 441
 442         pr_debug("Validating PMD huge\n");
 443         /*
 444          * X86 defined pmd_set_huge() verifies that the given
 445          * PMD is not a populated non-leaf entry.
 446          */
 447         WRITE_ONCE(*args->pmdp, __pmd(0));
 448         WARN_ON(!pmd_set_huge(args->pmdp, __pfn_to_phys(args->fixed_pmd_pfn), args->page_prot));
 449         WARN_ON(!pmd_clear_huge(args->pmdp));
 450         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 451         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 452 }
 453
 454 static void __init pud_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 455 {
 456         pud_t pud;
 457
 458         if (!arch_vmap_pud_supported(args->page_prot) ||
 459             args->fixed_alignment < PUD_SIZE)
 460                 return;
 461
 462         pr_debug("Validating PUD huge\n");
 463         /*
 464          * X86 defined pud_set_huge() verifies that the given
 465          * PUD is not a populated non-leaf entry.
 466          */
 467         WRITE_ONCE(*args->pudp, __pud(0));
 468         WARN_ON(!pud_set_huge(args->pudp, __pfn_to_phys(args->fixed_pud_pfn), args->page_prot));
 469         WARN_ON(!pud_clear_huge(args->pudp));
 470         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 471         WARN_ON(!pud_none(pud));
 472 }
 473 #else /* !CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
 474 static void __init pmd_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 475 static void __init pud_huge_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 476 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
 477
 478 static void __init p4d_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 479 {
 480         p4d_t p4d;
 481
 482         pr_debug("Validating P4D basic\n");
 483         memset(&p4d, RANDOM_NZVALUE, sizeof(p4d_t));
 484         WARN_ON(!p4d_same(p4d, p4d));
 485 }
 486
 487 static void __init pgd_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 488 {
 489         pgd_t pgd;
 490
 491         pr_debug("Validating PGD basic\n");
 492         memset(&pgd, RANDOM_NZVALUE, sizeof(pgd_t));
 493         WARN_ON(!pgd_same(pgd, pgd));
 494 }
 495
 496 #ifndef __PAGETABLE_PUD_FOLDED
 497 static void __init pud_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 498 {
 499         pud_t pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 500
 501         if (mm_pmd_folded(args->mm))
 502                 return;
 503
 504         pr_debug("Validating PUD clear\n");
 505         pud = __pud(pud_val(pud) | RANDOM_ORVALUE);
 506         WRITE_ONCE(*args->pudp, pud);
 507         pud_clear(args->pudp);
 508         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 509         WARN_ON(!pud_none(pud));
 510 }
 511
 512 static void __init pud_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 513 {
 514         pud_t pud;
 515
 516         if (mm_pmd_folded(args->mm))
 517                 return;
 518
 519         pr_debug("Validating PUD populate\n");
 520         /*
 521          * This entry points to next level page table page.
 522          * Hence this must not qualify as pud_bad().
 523          */
 524         pud_populate(args->mm, args->pudp, args->start_pmdp);
 525         pud = READ_ONCE(*args->pudp);
 526         WARN_ON(pud_bad(pud));
 527 }
 528 #else  /* !__PAGETABLE_PUD_FOLDED */
 529 static void __init pud_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 530 static void __init pud_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 531 #endif /* PAGETABLE_PUD_FOLDED */
 532
 533 #ifndef __PAGETABLE_P4D_FOLDED
 534 static void __init p4d_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 535 {
 536         p4d_t p4d = READ_ONCE(*args->p4dp);
 537
 538         if (mm_pud_folded(args->mm))
 539                 return;
 540
 541         pr_debug("Validating P4D clear\n");
 542         p4d = __p4d(p4d_val(p4d) | RANDOM_ORVALUE);
 543         WRITE_ONCE(*args->p4dp, p4d);
 544         p4d_clear(args->p4dp);
 545         p4d = READ_ONCE(*args->p4dp);
 546         WARN_ON(!p4d_none(p4d));
 547 }
 548
 549 static void __init p4d_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 550 {
 551         p4d_t p4d;
 552
 553         if (mm_pud_folded(args->mm))
 554                 return;
 555
 556         pr_debug("Validating P4D populate\n");
 557         /*
 558          * This entry points to next level page table page.
 559          * Hence this must not qualify as p4d_bad().
 560          */
 561         pud_clear(args->pudp);
 562         p4d_clear(args->p4dp);
 563         p4d_populate(args->mm, args->p4dp, args->start_pudp);
 564         p4d = READ_ONCE(*args->p4dp);
 565         WARN_ON(p4d_bad(p4d));
 566 }
 567
 568 static void __init pgd_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 569 {
 570         pgd_t pgd = READ_ONCE(*(args->pgdp));
 571
 572         if (mm_p4d_folded(args->mm))
 573                 return;
 574
 575         pr_debug("Validating PGD clear\n");
 576         pgd = __pgd(pgd_val(pgd) | RANDOM_ORVALUE);
 577         WRITE_ONCE(*args->pgdp, pgd);
 578         pgd_clear(args->pgdp);
 579         pgd = READ_ONCE(*args->pgdp);
 580         WARN_ON(!pgd_none(pgd));
 581 }
 582
 583 static void __init pgd_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 584 {
 585         pgd_t pgd;
 586
 587         if (mm_p4d_folded(args->mm))
 588                 return;
 589
 590         pr_debug("Validating PGD populate\n");
 591         /*
 592          * This entry points to next level page table page.
 593          * Hence this must not qualify as pgd_bad().
 594          */
 595         p4d_clear(args->p4dp);
 596         pgd_clear(args->pgdp);
 597         pgd_populate(args->mm, args->pgdp, args->start_p4dp);
 598         pgd = READ_ONCE(*args->pgdp);
 599         WARN_ON(pgd_bad(pgd));
 600 }
 601 #else  /* !__PAGETABLE_P4D_FOLDED */
 602 static void __init p4d_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 603 static void __init pgd_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 604 static void __init p4d_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 605 static void __init pgd_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 606 #endif /* PAGETABLE_P4D_FOLDED */
 607
 608 static void __init pte_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 609 {
 610         struct page *page;
 611         pte_t pte = pfn_pte(args->pte_pfn, args->page_prot);
 612
 613         page = (args->pte_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pte_pfn) : NULL;
 614         if (!page)
 615                 return;
 616
 617         /*
 618          * flush_dcache_page() is called after set_pte_at() to clear
 619          * PG_arch_1 for the page on ARM64. The page flag isn't cleared
 620          * when it's released and page allocation check will fail when
 621          * the page is allocated again. For architectures other than ARM64,
 622          * the unexpected overhead of cache flushing is acceptable.
 623          */
 624         pr_debug("Validating PTE clear\n");
 625         if (WARN_ON(!args->ptep))
 626                 return;
 627
 628 #ifndef CONFIG_RISCV
 629         pte = __pte(pte_val(pte) | RANDOM_ORVALUE);
 630 #endif
 631         set_pte_at(args->mm, args->vaddr, args->ptep, pte);
 632         flush_dcache_page(page);
 633         barrier();
 634         ptep_clear(args->mm, args->vaddr, args->ptep);
 635         pte = ptep_get(args->ptep);
 636         WARN_ON(!pte_none(pte));
 637 }
 638
 639 static void __init pmd_clear_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 640 {
 641         pmd_t pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 642
 643         pr_debug("Validating PMD clear\n");
 644         pmd = __pmd(pmd_val(pmd) | RANDOM_ORVALUE);
 645         WRITE_ONCE(*args->pmdp, pmd);
 646         pmd_clear(args->pmdp);
 647         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 648         WARN_ON(!pmd_none(pmd));
 649 }
 650
 651 static void __init pmd_populate_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 652 {
 653         pmd_t pmd;
 654
 655         pr_debug("Validating PMD populate\n");
 656         /*
 657          * This entry points to next level page table page.
 658          * Hence this must not qualify as pmd_bad().
 659          */
 660         pmd_populate(args->mm, args->pmdp, args->start_ptep);
 661         pmd = READ_ONCE(*args->pmdp);
 662         WARN_ON(pmd_bad(pmd));
 663 }
 664
 665 static void __init pte_special_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 666 {
 667         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 668
 669         if (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_PTE_SPECIAL))
 670                 return;
 671
 672         pr_debug("Validating PTE special\n");
 673         WARN_ON(!pte_special(pte_mkspecial(pte)));
 674 }
 675
 676 static void __init pte_protnone_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 677 {
 678         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot_none);
 679
 680         if (!IS_ENABLED(CONFIG_NUMA_BALANCING))
 681                 return;
 682
 683         pr_debug("Validating PTE protnone\n");
 684         WARN_ON(!pte_protnone(pte));
 685         WARN_ON(!pte_present(pte));
 686 }
 687
 688 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 689 static void __init pmd_protnone_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 690 {
 691         pmd_t pmd;
 692
 693         if (!IS_ENABLED(CONFIG_NUMA_BALANCING))
 694                 return;
 695
 696         if (!has_transparent_hugepage())
 697                 return;
 698
 699         pr_debug("Validating PMD protnone\n");
 700         pmd = pmd_mkhuge(pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot_none));
 701         WARN_ON(!pmd_protnone(pmd));
 702         WARN_ON(!pmd_present(pmd));
 703 }
 704 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 705 static void __init pmd_protnone_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 706 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 707
 708 #ifdef CONFIG_ARCH_HAS_PTE_DEVMAP
 709 static void __init pte_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 710 {
 711         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 712
 713         pr_debug("Validating PTE devmap\n");
 714         WARN_ON(!pte_devmap(pte_mkdevmap(pte)));
 715 }
 716
 717 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 718 static void __init pmd_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 719 {
 720         pmd_t pmd;
 721
 722         if (!has_transparent_hugepage())
 723                 return;
 724
 725         pr_debug("Validating PMD devmap\n");
 726         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 727         WARN_ON(!pmd_devmap(pmd_mkdevmap(pmd)));
 728 }
 729
 730 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD
 731 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 732 {
 733         pud_t pud;
 734
 735         if (!has_transparent_hugepage())
 736                 return;
 737
 738         pr_debug("Validating PUD devmap\n");
 739         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, args->page_prot);
 740         WARN_ON(!pud_devmap(pud_mkdevmap(pud)));
 741 }
 742 #else  /* !CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 743 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 744 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
 745 #else  /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 746 static void __init pmd_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 747 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 748 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 749 #else
 750 static void __init pte_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 751 static void __init pmd_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 752 static void __init pud_devmap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 753 #endif /* CONFIG_ARCH_HAS_PTE_DEVMAP */
 754
 755 static void __init pte_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 756 {
 757         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 758
 759         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY))
 760                 return;
 761
 762         pr_debug("Validating PTE soft dirty\n");
 763         WARN_ON(!pte_soft_dirty(pte_mksoft_dirty(pte)));
 764         WARN_ON(pte_soft_dirty(pte_clear_soft_dirty(pte)));
 765 }
 766
 767 static void __init pte_swap_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 768 {
 769         pte_t pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 770
 771         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY))
 772                 return;
 773
 774         pr_debug("Validating PTE swap soft dirty\n");
 775         WARN_ON(!pte_swp_soft_dirty(pte_swp_mksoft_dirty(pte)));
 776         WARN_ON(pte_swp_soft_dirty(pte_swp_clear_soft_dirty(pte)));
 777 }
 778
 779 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 780 static void __init pmd_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 781 {
 782         pmd_t pmd;
 783
 784         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY))
 785                 return;
 786
 787         if (!has_transparent_hugepage())
 788                 return;
 789
 790         pr_debug("Validating PMD soft dirty\n");
 791         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 792         WARN_ON(!pmd_soft_dirty(pmd_mksoft_dirty(pmd)));
 793         WARN_ON(pmd_soft_dirty(pmd_clear_soft_dirty(pmd)));
 794 }
 795
 796 static void __init pmd_swap_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 797 {
 798         pmd_t pmd;
 799
 800         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MEM_SOFT_DIRTY) ||
 801                 !IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION))
 802                 return;
 803
 804         if (!has_transparent_hugepage())
 805                 return;
 806
 807         pr_debug("Validating PMD swap soft dirty\n");
 808         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 809         WARN_ON(!pmd_swp_soft_dirty(pmd_swp_mksoft_dirty(pmd)));
 810         WARN_ON(pmd_swp_soft_dirty(pmd_swp_clear_soft_dirty(pmd)));
 811 }
 812 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 813 static void __init pmd_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 814 static void __init pmd_swap_soft_dirty_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 815 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 816
 817 static void __init pte_swap_exclusive_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 818 {
 819         unsigned long max_swap_offset;
 820         swp_entry_t entry, entry2;
 821         pte_t pte;
 822
 823         pr_debug("Validating PTE swap exclusive\n");
 824
 825         /* See generic_max_swapfile_size(): probe the maximum offset */
 826         max_swap_offset = swp_offset(pte_to_swp_entry(swp_entry_to_pte(swp_entry(0, ~0UL))));
 827
 828         /* Create a swp entry with all possible bits set */
 829         entry = swp_entry((1 << MAX_SWAPFILES_SHIFT) - 1, max_swap_offset);
 830
 831         pte = swp_entry_to_pte(entry);
 832         WARN_ON(pte_swp_exclusive(pte));
 833         WARN_ON(!is_swap_pte(pte));
 834         entry2 = pte_to_swp_entry(pte);
 835         WARN_ON(memcmp(&entry, &entry2, sizeof(entry)));
 836
 837         pte = pte_swp_mkexclusive(pte);
 838         WARN_ON(!pte_swp_exclusive(pte));
 839         WARN_ON(!is_swap_pte(pte));
 840         WARN_ON(pte_swp_soft_dirty(pte));
 841         entry2 = pte_to_swp_entry(pte);
 842         WARN_ON(memcmp(&entry, &entry2, sizeof(entry)));
 843
 844         pte = pte_swp_clear_exclusive(pte);
 845         WARN_ON(pte_swp_exclusive(pte));
 846         WARN_ON(!is_swap_pte(pte));
 847         entry2 = pte_to_swp_entry(pte);
 848         WARN_ON(memcmp(&entry, &entry2, sizeof(entry)));
 849 }
 850
 851 static void __init pte_swap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 852 {
 853         swp_entry_t swp;
 854         pte_t pte;
 855
 856         pr_debug("Validating PTE swap\n");
 857         pte = pfn_pte(args->fixed_pte_pfn, args->page_prot);
 858         swp = __pte_to_swp_entry(pte);
 859         pte = __swp_entry_to_pte(swp);
 860         WARN_ON(args->fixed_pte_pfn != pte_pfn(pte));
 861 }
 862
 863 #ifdef CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION
 864 static void __init pmd_swap_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 865 {
 866         swp_entry_t swp;
 867         pmd_t pmd;
 868
 869         if (!has_transparent_hugepage())
 870                 return;
 871
 872         pr_debug("Validating PMD swap\n");
 873         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 874         swp = __pmd_to_swp_entry(pmd);
 875         pmd = __swp_entry_to_pmd(swp);
 876         WARN_ON(args->fixed_pmd_pfn != pmd_pfn(pmd));
 877 }
 878 #else  /* !CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION */
 879 static void __init pmd_swap_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 880 #endif /* CONFIG_ARCH_ENABLE_THP_MIGRATION */
 881
 882 static void __init swap_migration_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 883 {
 884         struct page *page;
 885         swp_entry_t swp;
 886
 887         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MIGRATION))
 888                 return;
 889
 890         /*
 891          * swap_migration_tests() requires a dedicated page as it needs to
 892          * be locked before creating a migration entry from it. Locking the
 893          * page that actually maps kernel text ('start_kernel') can be real
 894          * problematic. Lets use the allocated page explicitly for this
 895          * purpose.
 896          */
 897         page = (args->pte_pfn != ULONG_MAX) ? pfn_to_page(args->pte_pfn) : NULL;
 898         if (!page)
 899                 return;
 900
 901         pr_debug("Validating swap migration\n");
 902
 903         /*
 904          * make_[readable|writable]_migration_entry() expects given page to
 905          * be locked, otherwise it stumbles upon a BUG_ON().
 906          */
 907         __SetPageLocked(page);
 908         swp = make_writable_migration_entry(page_to_pfn(page));
 909         WARN_ON(!is_migration_entry(swp));
 910         WARN_ON(!is_writable_migration_entry(swp));
 911
 912         swp = make_readable_migration_entry(swp_offset(swp));
 913         WARN_ON(!is_migration_entry(swp));
 914         WARN_ON(is_writable_migration_entry(swp));
 915
 916         swp = make_readable_migration_entry(page_to_pfn(page));
 917         WARN_ON(!is_migration_entry(swp));
 918         WARN_ON(is_writable_migration_entry(swp));
 919         __ClearPageLocked(page);
 920 }
 921
 922 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 923 static void __init hugetlb_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 924 {
 925         struct page *page;
 926         pte_t pte;
 927
 928         pr_debug("Validating HugeTLB basic\n");
 929         /*
 930          * Accessing the page associated with the pfn is safe here,
 931          * as it was previously derived from a real kernel symbol.
 932          */
 933         page = pfn_to_page(args->fixed_pmd_pfn);
 934         pte = mk_huge_pte(page, args->page_prot);
 935
 936         WARN_ON(!huge_pte_dirty(huge_pte_mkdirty(pte)));
 937         WARN_ON(!huge_pte_write(huge_pte_mkwrite(huge_pte_wrprotect(pte))));
 938         WARN_ON(huge_pte_write(huge_pte_wrprotect(huge_pte_mkwrite(pte))));
 939
 940 #ifdef CONFIG_ARCH_WANT_GENERAL_HUGETLB
 941         pte = pfn_pte(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 942
 943         WARN_ON(!pte_huge(arch_make_huge_pte(pte, PMD_SHIFT, VM_ACCESS_FLAGS)));
 944 #endif /* CONFIG_ARCH_WANT_GENERAL_HUGETLB */
 945 }
 946 #else  /* !CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 947 static void __init hugetlb_basic_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
 948 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 949
 950 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 951 static void __init pmd_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 952 {
 953         pmd_t pmd;
 954
 955         if (!has_transparent_hugepage())
 956                 return;
 957
 958         pr_debug("Validating PMD based THP\n");
 959         /*
 960          * pmd_trans_huge() and pmd_present() must return positive after
 961          * MMU invalidation with pmd_mkinvalid(). This behavior is an
 962          * optimization for transparent huge page. pmd_trans_huge() must
 963          * be true if pmd_page() returns a valid THP to avoid taking the
 964          * pmd_lock when others walk over non transhuge pmds (i.e. there
 965          * are no THP allocated). Especially when splitting a THP and
 966          * removing the present bit from the pmd, pmd_trans_huge() still
 967          * needs to return true. pmd_present() should be true whenever
 968          * pmd_trans_huge() returns true.
 969          */
 970         pmd = pfn_pmd(args->fixed_pmd_pfn, args->page_prot);
 971         WARN_ON(!pmd_trans_huge(pmd_mkhuge(pmd)));
 972
 973 #ifndef __HAVE_ARCH_PMDP_INVALIDATE
 974         WARN_ON(!pmd_trans_huge(pmd_mkinvalid(pmd_mkhuge(pmd))));
 975         WARN_ON(!pmd_present(pmd_mkinvalid(pmd_mkhuge(pmd))));
 976 #endif /* __HAVE_ARCH_PMDP_INVALIDATE */
 977 }
 978
 979 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD
 980 static void __init pud_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args)
 981 {
 982         pud_t pud;
 983
 984         if (!has_transparent_hugepage())
 985                 return;
 986
 987         pr_debug("Validating PUD based THP\n");
 988         pud = pfn_pud(args->fixed_pud_pfn, args->page_prot);
 989         WARN_ON(!pud_trans_huge(pud_mkhuge(pud)));
 990
 991         /*
 992          * pud_mkinvalid() has been dropped for now. Enable back
 993          * these tests when it comes back with a modified pud_present().
 994          *
 995          * WARN_ON(!pud_trans_huge(pud_mkinvalid(pud_mkhuge(pud))));
 996          * WARN_ON(!pud_present(pud_mkinvalid(pud_mkhuge(pud))));
 997          */
 998 }
 999 #else  /* !CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
1000 static void __init pud_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
1001 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD */
1002 #else  /* !CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1003 static void __init pmd_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
1004 static void __init pud_thp_tests(struct pgtable_debug_args *args) { }
1005 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1006
1007 static unsigned long __init get_random_vaddr(void)
1008 {
1009         unsigned long random_vaddr, random_pages, total_user_pages;
1010
1011         total_user_pages = (TASK_SIZE - FIRST_USER_ADDRESS) / PAGE_SIZE;
1012
1013         random_pages = get_random_long() % total_user_pages;
1014         random_vaddr = FIRST_USER_ADDRESS + random_pages * PAGE_SIZE;
1015
1016         return random_vaddr;
1017 }
1018
1019 static void __init destroy_args(struct pgtable_debug_args *args)
1020 {
1021         struct page *page = NULL;
1022
1023         /* Free (huge) page */
1024         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1025             IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD) &&
1026             has_transparent_hugepage() &&
1027             args->pud_pfn != ULONG_MAX) {
1028                 if (args->is_contiguous_page) {
1029                         free_contig_range(args->pud_pfn,
1030                                           (1 << (HPAGE_PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT)));
1031                 } else {
1032                         page = pfn_to_page(args->pud_pfn);
1033                         __free_pages(page, HPAGE_PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
1034                 }
1035
1036                 args->pud_pfn = ULONG_MAX;
1037                 args->pmd_pfn = ULONG_MAX;
1038                 args->pte_pfn = ULONG_MAX;
1039         }
1040
1041         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1042             has_transparent_hugepage() &&
1043             args->pmd_pfn != ULONG_MAX) {
1044                 if (args->is_contiguous_page) {
1045                         free_contig_range(args->pmd_pfn, (1 << HPAGE_PMD_ORDER));
1046                 } else {
1047                         page = pfn_to_page(args->pmd_pfn);
1048                         __free_pages(page, HPAGE_PMD_ORDER);
1049                 }
1050
1051                 args->pmd_pfn = ULONG_MAX;
1052                 args->pte_pfn = ULONG_MAX;
1053         }
1054
1055         if (args->pte_pfn != ULONG_MAX) {
1056                 page = pfn_to_page(args->pte_pfn);
1057                 __free_page(page);
1058
1059                 args->pte_pfn = ULONG_MAX;
1060         }
1061
1062         /* Free page table entries */
1063         if (args->start_ptep) {
1064                 pte_free(args->mm, args->start_ptep);
1065                 mm_dec_nr_ptes(args->mm);
1066         }
1067
1068         if (args->start_pmdp) {
1069                 pmd_free(args->mm, args->start_pmdp);
1070                 mm_dec_nr_pmds(args->mm);
1071         }
1072
1073         if (args->start_pudp) {
1074                 pud_free(args->mm, args->start_pudp);
1075                 mm_dec_nr_puds(args->mm);
1076         }
1077
1078         if (args->start_p4dp)
1079                 p4d_free(args->mm, args->start_p4dp);
1080
1081         /* Free vma and mm struct */
1082         if (args->vma)
1083                 vm_area_free(args->vma);
1084
1085         if (args->mm)
1086                 mmdrop(args->mm);
1087 }
1088
1089 static struct page * __init
1090 debug_vm_pgtable_alloc_huge_page(struct pgtable_debug_args *args, int order)
1091 {
1092         struct page *page = NULL;
1093
1094 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
1095         if (order > MAX_ORDER) {
1096                 page = alloc_contig_pages((1 << order), GFP_KERNEL,
1097                                           first_online_node, NULL);
1098                 if (page) {
1099                         args->is_contiguous_page = true;
1100                         return page;
1101                 }
1102         }
1103 #endif
1104
1105         if (order <= MAX_ORDER)
1106                 page = alloc_pages(GFP_KERNEL, order);
1107
1108         return page;
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Check if a physical memory range described by <pstart, pend> contains
1113  * an area that is of size psize, and aligned to psize.
1114  *
1115  * Don't use address 0, an all-zeroes physical address might mask bugs, and
1116  * it's not used on x86.
1117  */
1118 static void  __init phys_align_check(phys_addr_t pstart,
1119                                      phys_addr_t pend, unsigned long psize,
1120                                      phys_addr_t *physp, unsigned long *alignp)
1121 {
1122         phys_addr_t aligned_start, aligned_end;
1123
1124         if (pstart == 0)
1125                 pstart = PAGE_SIZE;
1126
1127         aligned_start = ALIGN(pstart, psize);
1128         aligned_end = aligned_start + psize;
1129
1130         if (aligned_end > aligned_start && aligned_end <= pend) {
1131                 *alignp = psize;
1132                 *physp = aligned_start;
1133         }
1134 }
1135
1136 static void __init init_fixed_pfns(struct pgtable_debug_args *args)
1137 {
1138         u64 idx;
1139         phys_addr_t phys, pstart, pend;
1140
1141         /*
1142          * Initialize the fixed pfns. To do this, try to find a
1143          * valid physical range, preferably aligned to PUD_SIZE,
1144          * but settling for aligned to PMD_SIZE as a fallback. If
1145          * neither of those is found, use the physical address of
1146          * the start_kernel symbol.
1147          *
1148          * The memory doesn't need to be allocated, it just needs to exist
1149          * as usable memory. It won't be touched.
1150          *
1151          * The alignment is recorded, and can be checked to see if we
1152          * can run the tests that require an actual valid physical
1153          * address range on some architectures ({pmd,pud}_huge_test
1154          * on x86).
1155          */
1156
1157         phys = __pa_symbol(&start_kernel);
1158         args->fixed_alignment = PAGE_SIZE;
1159
1160         for_each_mem_range(idx, &pstart, &pend) {
1161                 /* First check for a PUD-aligned area */
1162                 phys_align_check(pstart, pend, PUD_SIZE, &phys,
1163                                  &args->fixed_alignment);
1164
1165                 /* If a PUD-aligned area is found, we're done */
1166                 if (args->fixed_alignment == PUD_SIZE)
1167                         break;
1168
1169                 /*
1170                  * If no PMD-aligned area found yet, check for one,
1171                  * but continue the loop to look for a PUD-aligned area.
1172                  */
1173                 if (args->fixed_alignment < PMD_SIZE)
1174                         phys_align_check(pstart, pend, PMD_SIZE, &phys,
1175                                          &args->fixed_alignment);
1176         }
1177
1178         args->fixed_pgd_pfn = __phys_to_pfn(phys & PGDIR_MASK);
1179         args->fixed_p4d_pfn = __phys_to_pfn(phys & P4D_MASK);
1180         args->fixed_pud_pfn = __phys_to_pfn(phys & PUD_MASK);
1181         args->fixed_pmd_pfn = __phys_to_pfn(phys & PMD_MASK);
1182         args->fixed_pte_pfn = __phys_to_pfn(phys & PAGE_MASK);
1183         WARN_ON(!pfn_valid(args->fixed_pte_pfn));
1184 }
1185
1186
1187 static int __init init_args(struct pgtable_debug_args *args)
1188 {
1189         struct page *page = NULL;
1190         int ret = 0;
1191
1192         /*
1193          * Initialize the debugging data.
1194          *
1195          * vm_get_page_prot(VM_NONE) or vm_get_page_prot(VM_SHARED|VM_NONE)
1196          * will help create page table entries with PROT_NONE permission as
1197          * required for pxx_protnone_tests().
1198          */
1199         memset(args, 0, sizeof(*args));
1200         args->vaddr              = get_random_vaddr();
1201         args->page_prot          = vm_get_page_prot(VM_ACCESS_FLAGS);
1202         args->page_prot_none     = vm_get_page_prot(VM_NONE);
1203         args->is_contiguous_page = false;
1204         args->pud_pfn            = ULONG_MAX;
1205         args->pmd_pfn            = ULONG_MAX;
1206         args->pte_pfn            = ULONG_MAX;
1207         args->fixed_pgd_pfn      = ULONG_MAX;
1208         args->fixed_p4d_pfn      = ULONG_MAX;
1209         args->fixed_pud_pfn      = ULONG_MAX;
1210         args->fixed_pmd_pfn      = ULONG_MAX;
1211         args->fixed_pte_pfn      = ULONG_MAX;
1212
1213         /* Allocate mm and vma */
1214         args->mm = mm_alloc();
1215         if (!args->mm) {
1216                 pr_err("Failed to allocate mm struct\n");
1217                 ret = -ENOMEM;
1218                 goto error;
1219         }
1220
1221         args->vma = vm_area_alloc(args->mm);
1222         if (!args->vma) {
1223                 pr_err("Failed to allocate vma\n");
1224                 ret = -ENOMEM;
1225                 goto error;
1226         }
1227
1228         /*
1229          * Allocate page table entries. They will be modified in the tests.
1230          * Lets save the page table entries so that they can be released
1231          * when the tests are completed.
1232          */
1233         args->pgdp = pgd_offset(args->mm, args->vaddr);
1234         args->p4dp = p4d_alloc(args->mm, args->pgdp, args->vaddr);
1235         if (!args->p4dp) {
1236                 pr_err("Failed to allocate p4d entries\n");
1237                 ret = -ENOMEM;
1238                 goto error;
1239         }
1240         args->start_p4dp = p4d_offset(args->pgdp, 0UL);
1241         WARN_ON(!args->start_p4dp);
1242
1243         args->pudp = pud_alloc(args->mm, args->p4dp, args->vaddr);
1244         if (!args->pudp) {
1245                 pr_err("Failed to allocate pud entries\n");
1246                 ret = -ENOMEM;
1247                 goto error;
1248         }
1249         args->start_pudp = pud_offset(args->p4dp, 0UL);
1250         WARN_ON(!args->start_pudp);
1251
1252         args->pmdp = pmd_alloc(args->mm, args->pudp, args->vaddr);
1253         if (!args->pmdp) {
1254                 pr_err("Failed to allocate pmd entries\n");
1255                 ret = -ENOMEM;
1256                 goto error;
1257         }
1258         args->start_pmdp = pmd_offset(args->pudp, 0UL);
1259         WARN_ON(!args->start_pmdp);
1260
1261         if (pte_alloc(args->mm, args->pmdp)) {
1262                 pr_err("Failed to allocate pte entries\n");
1263                 ret = -ENOMEM;
1264                 goto error;
1265         }
1266         args->start_ptep = pmd_pgtable(READ_ONCE(*args->pmdp));
1267         WARN_ON(!args->start_ptep);
1268
1269         init_fixed_pfns(args);
1270
1271         /*
1272          * Allocate (huge) pages because some of the tests need to access
1273          * the data in the pages. The corresponding tests will be skipped
1274          * if we fail to allocate (huge) pages.
1275          */
1276         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1277             IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_TRANSPARENT_HUGEPAGE_PUD) &&
1278             has_transparent_hugepage()) {
1279                 page = debug_vm_pgtable_alloc_huge_page(args,
1280                                 HPAGE_PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
1281                 if (page) {
1282                         args->pud_pfn = page_to_pfn(page);
1283                         args->pmd_pfn = args->pud_pfn;
1284                         args->pte_pfn = args->pud_pfn;
1285                         return 0;
1286                 }
1287         }
1288
1289         if (IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE) &&
1290             has_transparent_hugepage()) {
1291                 page = debug_vm_pgtable_alloc_huge_page(args, HPAGE_PMD_ORDER);
1292                 if (page) {
1293                         args->pmd_pfn = page_to_pfn(page);
1294                         args->pte_pfn = args->pmd_pfn;
1295                         return 0;
1296                 }
1297         }
1298
1299         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
1300         if (page)
1301                 args->pte_pfn = page_to_pfn(page);
1302
1303         return 0;
1304
1305 error:
1306         destroy_args(args);
1307         return ret;
1308 }
1309
1310 static int __init debug_vm_pgtable(void)
1311 {
1312         struct pgtable_debug_args args;
1313         spinlock_t *ptl = NULL;
1314         int idx, ret;
1315
1316         pr_info("Validating architecture page table helpers\n");
1317         ret = init_args(&args);
1318         if (ret)
1319                 return ret;
1320
1321         /*
1322          * Iterate over each possible vm_flags to make sure that all
1323          * the basic page table transformation validations just hold
1324          * true irrespective of the starting protection value for a
1325          * given page table entry.
1326          *
1327          * Protection based vm_flags combinatins are always linear
1328          * and increasing i.e starting from VM_NONE and going upto
1329          * (VM_SHARED | READ | WRITE | EXEC).
1330          */
1331 #define VM_FLAGS_START  (VM_NONE)
1332 #define VM_FLAGS_END    (VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ)
1333
1334         for (idx = VM_FLAGS_START; idx <= VM_FLAGS_END; idx++) {
1335                 pte_basic_tests(&args, idx);
1336                 pmd_basic_tests(&args, idx);
1337                 pud_basic_tests(&args, idx);
1338         }
1339
1340         /*
1341          * Both P4D and PGD level tests are very basic which do not
1342          * involve creating page table entries from the protection
1343          * value and the given pfn. Hence just keep them out from
1344          * the above iteration for now to save some test execution
1345          * time.
1346          */
1347         p4d_basic_tests(&args);
1348         pgd_basic_tests(&args);
1349
1350         pmd_leaf_tests(&args);
1351         pud_leaf_tests(&args);
1352
1353         pte_special_tests(&args);
1354         pte_protnone_tests(&args);
1355         pmd_protnone_tests(&args);
1356
1357         pte_devmap_tests(&args);
1358         pmd_devmap_tests(&args);
1359         pud_devmap_tests(&args);
1360
1361         pte_soft_dirty_tests(&args);
1362         pmd_soft_dirty_tests(&args);
1363         pte_swap_soft_dirty_tests(&args);
1364         pmd_swap_soft_dirty_tests(&args);
1365
1366         pte_swap_exclusive_tests(&args);
1367
1368         pte_swap_tests(&args);
1369         pmd_swap_tests(&args);
1370
1371         swap_migration_tests(&args);
1372
1373         pmd_thp_tests(&args);
1374         pud_thp_tests(&args);
1375
1376         hugetlb_basic_tests(&args);
1377
1378         /*
1379          * Page table modifying tests. They need to hold
1380          * proper page table lock.
1381          */
1382
1383         args.ptep = pte_offset_map_lock(args.mm, args.pmdp, args.vaddr, &ptl);
1384         pte_clear_tests(&args);
1385         pte_advanced_tests(&args);
1386         if (args.ptep)
1387                 pte_unmap_unlock(args.ptep, ptl);
1388
1389         ptl = pmd_lock(args.mm, args.pmdp);
1390         pmd_clear_tests(&args);
1391         pmd_advanced_tests(&args);
1392         pmd_huge_tests(&args);
1393         pmd_populate_tests(&args);
1394         spin_unlock(ptl);
1395
1396         ptl = pud_lock(args.mm, args.pudp);
1397         pud_clear_tests(&args);
1398         pud_advanced_tests(&args);
1399         pud_huge_tests(&args);
1400         pud_populate_tests(&args);
1401         spin_unlock(ptl);
1402
1403         spin_lock(&(args.mm->page_table_lock));
1404         p4d_clear_tests(&args);
1405         pgd_clear_tests(&args);
1406         p4d_populate_tests(&args);
1407         pgd_populate_tests(&args);
1408         spin_unlock(&(args.mm->page_table_lock));
1409
1410         destroy_args(&args);
1411         return 0;
1412 }
1413 late_initcall(debug_vm_pgtable);