Merge tag 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/virt/kvm/kvm
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / sparse-vmemmap.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Virtual Memory Map support
4  *
5  * (C) 2007 sgi. Christoph Lameter.
6  *
7  * Virtual memory maps allow VM primitives pfn_to_page, page_to_pfn,
8  * virt_to_page, page_address() to be implemented as a base offset
9  * calculation without memory access.
10  *
11  * However, virtual mappings need a page table and TLBs. Many Linux
12  * architectures already map their physical space using 1-1 mappings
13  * via TLBs. For those arches the virtual memory map is essentially
14  * for free if we use the same page size as the 1-1 mappings. In that
15  * case the overhead consists of a few additional pages that are
16  * allocated to create a view of memory for vmemmap.
17  *
18  * The architecture is expected to provide a vmemmap_populate() function
19  * to instantiate the mapping.
20  */
21 #include <linux/mm.h>
22 #include <linux/mmzone.h>
23 #include <linux/memblock.h>
24 #include <linux/memremap.h>
25 #include <linux/highmem.h>
26 #include <linux/slab.h>
27 #include <linux/spinlock.h>
28 #include <linux/vmalloc.h>
29 #include <linux/sched.h>
30 #include <asm/dma.h>
31 #include <asm/pgalloc.h>
32
33 /*
34  * Allocate a block of memory to be used to back the virtual memory map
35  * or to back the page tables that are used to create the mapping.
36  * Uses the main allocators if they are available, else bootmem.
37  */
38
39 static void * __ref __earlyonly_bootmem_alloc(int node,
40                                 unsigned long size,
41                                 unsigned long align,
42                                 unsigned long goal)
43 {
44         return memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, goal,
45                                                MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE, node);
46 }
47
48 void * __meminit vmemmap_alloc_block(unsigned long size, int node)
49 {
50         /* If the main allocator is up use that, fallback to bootmem. */
51         if (slab_is_available()) {
52                 gfp_t gfp_mask = GFP_KERNEL|__GFP_RETRY_MAYFAIL|__GFP_NOWARN;
53                 int order = get_order(size);
54                 static bool warned;
55                 struct page *page;
56
57                 page = alloc_pages_node(node, gfp_mask, order);
58                 if (page)
59                         return page_address(page);
60
61                 if (!warned) {
62                         warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, NULL,
63                                    "vmemmap alloc failure: order:%u", order);
64                         warned = true;
65                 }
66                 return NULL;
67         } else
68                 return __earlyonly_bootmem_alloc(node, size, size,
69                                 __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
70 }
71
72 static void * __meminit altmap_alloc_block_buf(unsigned long size,
73                                                struct vmem_altmap *altmap);
74
75 /* need to make sure size is all the same during early stage */
76 void * __meminit vmemmap_alloc_block_buf(unsigned long size, int node,
77                                          struct vmem_altmap *altmap)
78 {
79         void *ptr;
80
81         if (altmap)
82                 return altmap_alloc_block_buf(size, altmap);
83
84         ptr = sparse_buffer_alloc(size);
85         if (!ptr)
86                 ptr = vmemmap_alloc_block(size, node);
87         return ptr;
88 }
89
90 static unsigned long __meminit vmem_altmap_next_pfn(struct vmem_altmap *altmap)
91 {
92         return altmap->base_pfn + altmap->reserve + altmap->alloc
93                 + altmap->align;
94 }
95
96 static unsigned long __meminit vmem_altmap_nr_free(struct vmem_altmap *altmap)
97 {
98         unsigned long allocated = altmap->alloc + altmap->align;
99
100         if (altmap->free > allocated)
101                 return altmap->free - allocated;
102         return 0;
103 }
104
105 static void * __meminit altmap_alloc_block_buf(unsigned long size,
106                                                struct vmem_altmap *altmap)
107 {
108         unsigned long pfn, nr_pfns, nr_align;
109
110         if (size & ~PAGE_MASK) {
111                 pr_warn_once("%s: allocations must be multiple of PAGE_SIZE (%ld)\n",
112                                 __func__, size);
113                 return NULL;
114         }
115
116         pfn = vmem_altmap_next_pfn(altmap);
117         nr_pfns = size >> PAGE_SHIFT;
118         nr_align = 1UL << find_first_bit(&nr_pfns, BITS_PER_LONG);
119         nr_align = ALIGN(pfn, nr_align) - pfn;
120         if (nr_pfns + nr_align > vmem_altmap_nr_free(altmap))
121                 return NULL;
122
123         altmap->alloc += nr_pfns;
124         altmap->align += nr_align;
125         pfn += nr_align;
126
127         pr_debug("%s: pfn: %#lx alloc: %ld align: %ld nr: %#lx\n",
128                         __func__, pfn, altmap->alloc, altmap->align, nr_pfns);
129         return __va(__pfn_to_phys(pfn));
130 }
131
132 void __meminit vmemmap_verify(pte_t *pte, int node,
133                                 unsigned long start, unsigned long end)
134 {
135         unsigned long pfn = pte_pfn(*pte);
136         int actual_node = early_pfn_to_nid(pfn);
137
138         if (node_distance(actual_node, node) > LOCAL_DISTANCE)
139                 pr_warn("[%lx-%lx] potential offnode page_structs\n",
140                         start, end - 1);
141 }
142
143 pte_t * __meminit vmemmap_pte_populate(pmd_t *pmd, unsigned long addr, int node,
144                                        struct vmem_altmap *altmap)
145 {
146         pte_t *pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
147         if (pte_none(*pte)) {
148                 pte_t entry;
149                 void *p;
150
151                 p = vmemmap_alloc_block_buf(PAGE_SIZE, node, altmap);
152                 if (!p)
153                         return NULL;
154                 entry = pfn_pte(__pa(p) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL);
155                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry);
156         }
157         return pte;
158 }
159
160 static void * __meminit vmemmap_alloc_block_zero(unsigned long size, int node)
161 {
162         void *p = vmemmap_alloc_block(size, node);
163
164         if (!p)
165                 return NULL;
166         memset(p, 0, size);
167
168         return p;
169 }
170
171 pmd_t * __meminit vmemmap_pmd_populate(pud_t *pud, unsigned long addr, int node)
172 {
173         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
174         if (pmd_none(*pmd)) {
175                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
176                 if (!p)
177                         return NULL;
178                 pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, p);
179         }
180         return pmd;
181 }
182
183 pud_t * __meminit vmemmap_pud_populate(p4d_t *p4d, unsigned long addr, int node)
184 {
185         pud_t *pud = pud_offset(p4d, addr);
186         if (pud_none(*pud)) {
187                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
188                 if (!p)
189                         return NULL;
190                 pud_populate(&init_mm, pud, p);
191         }
192         return pud;
193 }
194
195 p4d_t * __meminit vmemmap_p4d_populate(pgd_t *pgd, unsigned long addr, int node)
196 {
197         p4d_t *p4d = p4d_offset(pgd, addr);
198         if (p4d_none(*p4d)) {
199                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
200                 if (!p)
201                         return NULL;
202                 p4d_populate(&init_mm, p4d, p);
203         }
204         return p4d;
205 }
206
207 pgd_t * __meminit vmemmap_pgd_populate(unsigned long addr, int node)
208 {
209         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
210         if (pgd_none(*pgd)) {
211                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
212                 if (!p)
213                         return NULL;
214                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p);
215         }
216         return pgd;
217 }
218
219 int __meminit vmemmap_populate_basepages(unsigned long start, unsigned long end,
220                                          int node, struct vmem_altmap *altmap)
221 {
222         unsigned long addr = start;
223         pgd_t *pgd;
224         p4d_t *p4d;
225         pud_t *pud;
226         pmd_t *pmd;
227         pte_t *pte;
228
229         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
230                 pgd = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
231                 if (!pgd)
232                         return -ENOMEM;
233                 p4d = vmemmap_p4d_populate(pgd, addr, node);
234                 if (!p4d)
235                         return -ENOMEM;
236                 pud = vmemmap_pud_populate(p4d, addr, node);
237                 if (!pud)
238                         return -ENOMEM;
239                 pmd = vmemmap_pmd_populate(pud, addr, node);
240                 if (!pmd)
241                         return -ENOMEM;
242                 pte = vmemmap_pte_populate(pmd, addr, node, altmap);
243                 if (!pte)
244                         return -ENOMEM;
245                 vmemmap_verify(pte, node, addr, addr + PAGE_SIZE);
246         }
247
248         return 0;
249 }
250
251 struct page * __meminit __populate_section_memmap(unsigned long pfn,
252                 unsigned long nr_pages, int nid, struct vmem_altmap *altmap)
253 {
254         unsigned long start = (unsigned long) pfn_to_page(pfn);
255         unsigned long end = start + nr_pages * sizeof(struct page);
256
257         if (WARN_ON_ONCE(!IS_ALIGNED(pfn, PAGES_PER_SUBSECTION) ||
258                 !IS_ALIGNED(nr_pages, PAGES_PER_SUBSECTION)))
259                 return NULL;
260
261         if (vmemmap_populate(start, end, nid, altmap))
262                 return NULL;
263
264         return pfn_to_page(pfn);
265 }