716d1226ba6925babc28bc6c14dc175e739c7f57
[muen/linux.git] / arch / arm64 / mm / init.c
1 /*
2  * Based on arch/arm/mm/init.c
3  *
4  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
5  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
9  * published by the Free Software Foundation.
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19
20 #include <linux/kernel.h>
21 #include <linux/export.h>
22 #include <linux/errno.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/bootmem.h>
26 #include <linux/cache.h>
27 #include <linux/mman.h>
28 #include <linux/nodemask.h>
29 #include <linux/initrd.h>
30 #include <linux/gfp.h>
31 #include <linux/memblock.h>
32 #include <linux/sort.h>
33 #include <linux/of_fdt.h>
34 #include <linux/dma-mapping.h>
35 #include <linux/dma-contiguous.h>
36 #include <linux/efi.h>
37 #include <linux/swiotlb.h>
38 #include <linux/vmalloc.h>
39
40 #include <asm/boot.h>
41 #include <asm/fixmap.h>
42 #include <asm/kasan.h>
43 #include <asm/kernel-pgtable.h>
44 #include <asm/memory.h>
45 #include <asm/numa.h>
46 #include <asm/sections.h>
47 #include <asm/setup.h>
48 #include <asm/sizes.h>
49 #include <asm/tlb.h>
50 #include <asm/alternative.h>
51
52 /*
53  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
54  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
55  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
56  * that cannot be mistaken for a real physical address.
57  */
58 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
59 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
60
61 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
62 static int __init early_initrd(char *p)
63 {
64         unsigned long start, size;
65         char *endp;
66
67         start = memparse(p, &endp);
68         if (*endp == ',') {
69                 size = memparse(endp + 1, NULL);
70
71                 initrd_start = start;
72                 initrd_end = start + size;
73         }
74         return 0;
75 }
76 early_param("initrd", early_initrd);
77 #endif
78
79 /*
80  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA (DMA_BIT_MASK(32)). It
81  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
82  * use a DMA offset.
83  */
84 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
85 {
86         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
87         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
88 }
89
90 #ifdef CONFIG_NUMA
91
92 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
93 {
94         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
95
96         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA))
97                 max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
98         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
99
100         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
101 }
102
103 #else
104
105 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
106 {
107         struct memblock_region *reg;
108         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
109         unsigned long max_dma = min;
110
111         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
112
113         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
114 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
115         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
116         zone_size[ZONE_DMA] = max_dma - min;
117 #endif
118         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
119
120         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
121
122         for_each_memblock(memory, reg) {
123                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
124                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
125
126                 if (start >= max)
127                         continue;
128
129 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
130                 if (start < max_dma) {
131                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
132                         zhole_size[ZONE_DMA] -= dma_end - start;
133                 }
134 #endif
135                 if (end > max_dma) {
136                         unsigned long normal_end = min(end, max);
137                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
138                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
139                 }
140         }
141
142         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
143 }
144
145 #endif /* CONFIG_NUMA */
146
147 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
148 int pfn_valid(unsigned long pfn)
149 {
150         return memblock_is_map_memory(pfn << PAGE_SHIFT);
151 }
152 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
153 #endif
154
155 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
156 static void __init arm64_memory_present(void)
157 {
158 }
159 #else
160 static void __init arm64_memory_present(void)
161 {
162         struct memblock_region *reg;
163
164         for_each_memblock(memory, reg) {
165                 int nid = memblock_get_region_node(reg);
166
167                 memory_present(nid, memblock_region_memory_base_pfn(reg),
168                                 memblock_region_memory_end_pfn(reg));
169         }
170 }
171 #endif
172
173 static phys_addr_t memory_limit = (phys_addr_t)ULLONG_MAX;
174
175 /*
176  * Limit the memory size that was specified via FDT.
177  */
178 static int __init early_mem(char *p)
179 {
180         if (!p)
181                 return 1;
182
183         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
184         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
185
186         return 0;
187 }
188 early_param("mem", early_mem);
189
190 void __init arm64_memblock_init(void)
191 {
192         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
193
194         /*
195          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
196          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
197          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
198          */
199         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
200
201         /*
202          * Select a suitable value for the base of physical memory.
203          */
204         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
205                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
206
207         /*
208          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
209          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
210          * high in memory.
211          */
212         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size, __pa(_end)),
213                         ULLONG_MAX);
214         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
215                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
216                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
217                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
218                 memblock_remove(0, memstart_addr);
219         }
220
221         /*
222          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
223          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
224          * via the linear mapping.
225          */
226         if (memory_limit != (phys_addr_t)ULLONG_MAX) {
227                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
228                 memblock_add(__pa(_text), (u64)(_end - _text));
229         }
230
231         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && initrd_start) {
232                 /*
233                  * Add back the memory we just removed if it results in the
234                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
235                  * Otherwise, this is a no-op
236                  */
237                 u64 base = initrd_start & PAGE_MASK;
238                 u64 size = PAGE_ALIGN(initrd_end) - base;
239
240                 /*
241                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
242                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
243                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
244                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
245                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
246                  * always access both.
247                  */
248                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
249                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
250                                        linear_region_size,
251                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
252                         initrd_start = 0;
253                 } else {
254                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
255                         memblock_add(base, size);
256                         memblock_reserve(base, size);
257                 }
258         }
259
260         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
261                 extern u16 memstart_offset_seed;
262                 u64 range = linear_region_size -
263                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
264
265                 /*
266                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
267                  * margin, the size of the region that the available physical
268                  * memory spans, randomize the linear region as well.
269                  */
270                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
271                         range = range / ARM64_MEMSTART_ALIGN + 1;
272                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
273                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
274                 }
275         }
276
277         /*
278          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
279          * pagetables with memblock.
280          */
281         memblock_reserve(__pa(_text), _end - _text);
282 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
283         if (initrd_start) {
284                 memblock_reserve(initrd_start, initrd_end - initrd_start);
285
286                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
287                 initrd_start = __phys_to_virt(initrd_start);
288                 initrd_end = __phys_to_virt(initrd_end);
289         }
290 #endif
291
292         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
293
294         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
295         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA))
296                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
297         else
298                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
299         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
300
301         memblock_allow_resize();
302 }
303
304 void __init bootmem_init(void)
305 {
306         unsigned long min, max;
307
308         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
309         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
310
311         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
312
313         max_pfn = max_low_pfn = max;
314
315         arm64_numa_init();
316         /*
317          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
318          * done after the fixed reservations.
319          */
320         arm64_memory_present();
321
322         sparse_init();
323         zone_sizes_init(min, max);
324
325         high_memory = __va((max << PAGE_SHIFT) - 1) + 1;
326         memblock_dump_all();
327 }
328
329 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
330 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
331 {
332         struct page *start_pg, *end_pg;
333         unsigned long pg, pgend;
334
335         /*
336          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
337          */
338         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
339         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
340
341         /*
342          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
343          * downwards.
344          */
345         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
346         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
347
348         /*
349          * If there are free pages between these, free the section of the
350          * memmap array.
351          */
352         if (pg < pgend)
353                 free_bootmem(pg, pgend - pg);
354 }
355
356 /*
357  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
358  */
359 static void __init free_unused_memmap(void)
360 {
361         unsigned long start, prev_end = 0;
362         struct memblock_region *reg;
363
364         for_each_memblock(memory, reg) {
365                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
366
367 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
368                 /*
369                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
370                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
371                  */
372                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
373 #endif
374                 /*
375                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
376                  * current bank and the previous, free it.
377                  */
378                 if (prev_end && prev_end < start)
379                         free_memmap(prev_end, start);
380
381                 /*
382                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
383                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
384                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
385                  */
386                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
387                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
388         }
389
390 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
391         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
392                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
393 #endif
394 }
395 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
396
397 /*
398  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
399  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
400  * memory after the kernel image.
401  */
402 void __init mem_init(void)
403 {
404         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
405             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
406                 swiotlb_init(1);
407
408         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
409
410 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
411         free_unused_memmap();
412 #endif
413         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
414         free_all_bootmem();
415
416         mem_init_print_info(NULL);
417
418 #define MLK(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 10
419 #define MLM(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 20
420 #define MLG(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 30
421 #define MLK_ROUNDUP(b, t) b, t, DIV_ROUND_UP(((t) - (b)), SZ_1K)
422
423         pr_notice("Virtual kernel memory layout:\n");
424 #ifdef CONFIG_KASAN
425         pr_notice("    kasan   : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB)\n",
426                 MLG(KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END));
427 #endif
428         pr_notice("    modules : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
429                 MLM(MODULES_VADDR, MODULES_END));
430         pr_notice("    vmalloc : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB)\n",
431                 MLG(VMALLOC_START, VMALLOC_END));
432         pr_notice("      .text : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
433                 MLK_ROUNDUP(_text, _etext));
434         pr_notice("    .rodata : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
435                 MLK_ROUNDUP(__start_rodata, __init_begin));
436         pr_notice("      .init : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
437                 MLK_ROUNDUP(__init_begin, __init_end));
438         pr_notice("      .data : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
439                 MLK_ROUNDUP(_sdata, _edata));
440         pr_notice("       .bss : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
441                 MLK_ROUNDUP(__bss_start, __bss_stop));
442         pr_notice("    fixed   : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld KB)\n",
443                 MLK(FIXADDR_START, FIXADDR_TOP));
444         pr_notice("    PCI I/O : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
445                 MLM(PCI_IO_START, PCI_IO_END));
446 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
447         pr_notice("    vmemmap : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB maximum)\n",
448                 MLG(VMEMMAP_START, VMEMMAP_START + VMEMMAP_SIZE));
449         pr_notice("              0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB actual)\n",
450                 MLM((unsigned long)phys_to_page(memblock_start_of_DRAM()),
451                     (unsigned long)virt_to_page(high_memory)));
452 #endif
453         pr_notice("    memory  : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
454                 MLM(__phys_to_virt(memblock_start_of_DRAM()),
455                     (unsigned long)high_memory));
456
457 #undef MLK
458 #undef MLM
459 #undef MLK_ROUNDUP
460
461         /*
462          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
463          * detected at build time already.
464          */
465 #ifdef CONFIG_COMPAT
466         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32                       > TASK_SIZE_64);
467 #endif
468
469         /*
470          * Make sure we chose the upper bound of sizeof(struct page)
471          * correctly.
472          */
473         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct page) > (1 << STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT));
474
475         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
476                 extern int sysctl_overcommit_memory;
477                 /*
478                  * On a machine this small we won't get anywhere without
479                  * overcommit, so turn it on by default.
480                  */
481                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
482         }
483 }
484
485 void free_initmem(void)
486 {
487         free_reserved_area(__va(__pa(__init_begin)), __va(__pa(__init_end)),
488                            0, "unused kernel");
489         /*
490          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
491          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
492          * is not supported by kallsyms.
493          */
494         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
495 }
496
497 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
498
499 static int keep_initrd __initdata;
500
501 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
502 {
503         if (!keep_initrd)
504                 free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
505 }
506
507 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
508 {
509         keep_initrd = 1;
510         return 1;
511 }
512
513 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
514 #endif
515
516 /*
517  * Dump out memory limit information on panic.
518  */
519 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
520 {
521         if (memory_limit != (phys_addr_t)ULLONG_MAX) {
522                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
523         } else {
524                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
525         }
526         return 0;
527 }
528
529 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
530         .notifier_call = dump_mem_limit,
531 };
532
533 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
534 {
535         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
536                                        &mem_limit_notifier);
537         return 0;
538 }
539 __initcall(register_mem_limit_dumper);