Merge branch 'x86-pti-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[muen/linux.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/bootmem.h>      /* for max_low_pfn */
7
8 #include <asm/set_memory.h>
9 #include <asm/e820/api.h>
10 #include <asm/init.h>
11 #include <asm/page.h>
12 #include <asm/page_types.h>
13 #include <asm/sections.h>
14 #include <asm/setup.h>
15 #include <asm/tlbflush.h>
16 #include <asm/tlb.h>
17 #include <asm/proto.h>
18 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
19 #include <asm/microcode.h>
20 #include <asm/kaslr.h>
21 #include <asm/hypervisor.h>
22 #include <asm/cpufeature.h>
23 #include <asm/pti.h>
24
25 /*
26  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
27  * is only compied when SMP=y.
28  */
29 #define CREATE_TRACE_POINTS
30 #include <trace/events/tlb.h>
31
32 #include "mm_internal.h"
33
34 /*
35  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
36  *
37  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
38  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
39  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
40  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
41  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
42  *
43  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
44  *
45  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
46  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
47  */
48 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
49         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
50         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
51         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
52         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
53         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
54         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
55 };
56 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
57
58 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
59         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
60         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
61         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
62         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
63         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
64         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
65         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
66         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
67 };
68 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
69
70 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
71 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
72 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
73
74 static unsigned long min_pfn_mapped;
75
76 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
77
78 /*
79  * Pages returned are already directly mapped.
80  *
81  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
82  *
83  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
84  *
85  * for detailed information.
86  */
87 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
88 {
89         unsigned long pfn;
90         int i;
91
92         if (after_bootmem) {
93                 unsigned int order;
94
95                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
96                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
97         }
98
99         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
100                 unsigned long ret;
101                 if (min_pfn_mapped >= max_pfn_mapped)
102                         panic("alloc_low_pages: ran out of memory");
103                 ret = memblock_find_in_range(min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
104                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
105                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
106                 if (!ret)
107                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
108                 memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
109                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
110         } else {
111                 pfn = pgt_buf_end;
112                 pgt_buf_end += num;
113                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
114                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
115         }
116
117         for (i = 0; i < num; i++) {
118                 void *adr;
119
120                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
121                 clear_page(adr);
122         }
123
124         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
125 }
126
127 /*
128  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
129  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
130  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
131  * randomization is enabled.
132  */
133 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
134 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
135 #else
136 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
137 #endif
138 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
139 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
140 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
141 {
142         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
143         phys_addr_t base;
144
145         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
146
147         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
148         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
149         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
150 }
151
152 int after_bootmem;
153
154 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
155
156 struct map_range {
157         unsigned long start;
158         unsigned long end;
159         unsigned page_size_mask;
160 };
161
162 static int page_size_mask;
163
164 static void enable_global_pages(void)
165 {
166         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
167                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
168 }
169
170 static void __init probe_page_size_mask(void)
171 {
172         /*
173          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
174          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
175          * large pages into small in interrupt context, etc.
176          */
177         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
178                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
179         else
180                 direct_gbpages = 0;
181
182         /* Enable PSE if available */
183         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
184                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
185
186         /* Enable PGE if available */
187         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
188         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
189                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
190                 enable_global_pages();
191         }
192
193         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
194         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
195                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
196                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
197         } else {
198                 direct_gbpages = 0;
199         }
200 }
201
202 static void setup_pcid(void)
203 {
204         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
205                 return;
206
207         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
208                 return;
209
210         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
211                 /*
212                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
213                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
214                  * do any good anyway.  Despite the name,
215                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
216                  * the bits in question to remain set all the way through
217                  * the secondary boot asm.
218                  *
219                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
220                  * start_secondary().
221                  */
222                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
223
224                 /*
225                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
226                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
227                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
228                  * no INVPCID support at all.
229                  */
230                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
231                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
232         } else {
233                 /*
234                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
235                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
236                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
237                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
238                  * data if we're on an improperly configured VM.
239                  */
240                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
241         }
242 }
243
244 #ifdef CONFIG_X86_32
245 #define NR_RANGE_MR 3
246 #else /* CONFIG_X86_64 */
247 #define NR_RANGE_MR 5
248 #endif
249
250 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
251                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
252                              unsigned long page_size_mask)
253 {
254         if (start_pfn < end_pfn) {
255                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
256                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
257                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
258                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
259                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
260                 nr_range++;
261         }
262
263         return nr_range;
264 }
265
266 /*
267  * adjust the page_size_mask for small range to go with
268  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
269  */
270 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
271                                                          int nr_range)
272 {
273         int i;
274
275         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
276                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
277                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
278                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
279                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
280
281 #ifdef CONFIG_X86_32
282                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
283                                 continue;
284 #endif
285
286                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
287                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
288                 }
289                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
290                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
291                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
292                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
293
294                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
295                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
296                 }
297         }
298 }
299
300 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
301 {
302         static const char str_1g[] = "1G";
303         static const char str_2m[] = "2M";
304         static const char str_4m[] = "4M";
305         static const char str_4k[] = "4k";
306
307         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
308                 return str_1g;
309         /*
310          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
311          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
312          * print out the right size in the string.
313          */
314         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
315             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
316             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
317                 return str_4m;
318
319         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
320                 return str_2m;
321
322         return str_4k;
323 }
324
325 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
326                                      unsigned long start,
327                                      unsigned long end)
328 {
329         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
330         unsigned long pfn;
331         int i;
332
333         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
334
335         /* head if not big page alignment ? */
336         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
337 #ifdef CONFIG_X86_32
338         /*
339          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
340          * because there are often fixed size MTRRs in there
341          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
342          * slowdowns.
343          */
344         if (pfn == 0)
345                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
346         else
347                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
348 #else /* CONFIG_X86_64 */
349         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
350 #endif
351         if (end_pfn > limit_pfn)
352                 end_pfn = limit_pfn;
353         if (start_pfn < end_pfn) {
354                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
355                 pfn = end_pfn;
356         }
357
358         /* big page (2M) range */
359         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
360 #ifdef CONFIG_X86_32
361         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
362 #else /* CONFIG_X86_64 */
363         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
364         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
365                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
366 #endif
367
368         if (start_pfn < end_pfn) {
369                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
370                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
371                 pfn = end_pfn;
372         }
373
374 #ifdef CONFIG_X86_64
375         /* big page (1G) range */
376         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
377         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
378         if (start_pfn < end_pfn) {
379                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
380                                 page_size_mask &
381                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
382                 pfn = end_pfn;
383         }
384
385         /* tail is not big page (1G) alignment */
386         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
387         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
388         if (start_pfn < end_pfn) {
389                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
390                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
391                 pfn = end_pfn;
392         }
393 #endif
394
395         /* tail is not big page (2M) alignment */
396         start_pfn = pfn;
397         end_pfn = limit_pfn;
398         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
399
400         if (!after_bootmem)
401                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
402
403         /* try to merge same page size and continuous */
404         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
405                 unsigned long old_start;
406                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
407                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
408                         continue;
409                 /* move it */
410                 old_start = mr[i].start;
411                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
412                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
413                 mr[i--].start = old_start;
414                 nr_range--;
415         }
416
417         for (i = 0; i < nr_range; i++)
418                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
419                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
420                                 page_size_string(&mr[i]));
421
422         return nr_range;
423 }
424
425 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
426 int nr_pfn_mapped;
427
428 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
429 {
430         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
431                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
432         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
433
434         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
435
436         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
437                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
438                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
439 }
440
441 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
442 {
443         int i;
444
445         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
446                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
447                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
448                         return true;
449
450         return false;
451 }
452
453 /*
454  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
455  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
456  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
457  */
458 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
459                                                unsigned long end)
460 {
461         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
462         unsigned long ret = 0;
463         int nr_range, i;
464
465         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
466                start, end - 1);
467
468         memset(mr, 0, sizeof(mr));
469         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
470
471         for (i = 0; i < nr_range; i++)
472                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
473                                                    mr[i].page_size_mask);
474
475         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
476
477         return ret >> PAGE_SHIFT;
478 }
479
480 /*
481  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
482  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
483  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
484  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
485  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
486  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
487  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
488  *
489  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
490  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
491  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
492  */
493 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
494                                            unsigned long r_start,
495                                            unsigned long r_end)
496 {
497         unsigned long start_pfn, end_pfn;
498         unsigned long mapped_ram_size = 0;
499         int i;
500
501         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
502                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
503                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
504                 if (start >= end)
505                         continue;
506
507                 /*
508                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
509                  * alloc pgt buf from memblock instead.
510                  */
511                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
512                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
513                 init_memory_mapping(start, end);
514                 mapped_ram_size += end - start;
515                 can_use_brk_pgt = true;
516         }
517
518         return mapped_ram_size;
519 }
520
521 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
522 {
523         /*
524          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
525          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
526          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
527          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
528          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
529          * difference of page table level shifts.
530          *
531          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
532          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
533          * turns it into 0x100000000ULL.
534          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
535          * needs to be taken into consideration by the code below.
536          */
537         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
538 }
539
540 /**
541  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
542  * @map_start: start address of the target memory range
543  * @map_end: end address of the target memory range
544  *
545  * This function will setup direct mapping for memory range
546  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
547  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
548  * memory in top-down.
549  */
550 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
551                                        unsigned long map_end)
552 {
553         unsigned long real_end, start, last_start;
554         unsigned long step_size;
555         unsigned long addr;
556         unsigned long mapped_ram_size = 0;
557
558         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
559         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
560         real_end = addr + PMD_SIZE;
561
562         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
563         step_size = PMD_SIZE;
564         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
565         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
566         last_start = start = real_end;
567
568         /*
569          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
570          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
571          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
572          * for page table.
573          */
574         while (last_start > map_start) {
575                 if (last_start > step_size) {
576                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
577                         if (start < map_start)
578                                 start = map_start;
579                 } else
580                         start = map_start;
581                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
582                                                         last_start);
583                 last_start = start;
584                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
585                 if (mapped_ram_size >= step_size)
586                         step_size = get_new_step_size(step_size);
587         }
588
589         if (real_end < map_end)
590                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
591 }
592
593 /**
594  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
595  * @map_start: start address of the target memory range
596  * @map_end: end address of the target memory range
597  *
598  * This function will setup direct mapping for memory range
599  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
600  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
601  * be allocated just above the kernel and we map the memory
602  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
603  */
604 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
605                                         unsigned long map_end)
606 {
607         unsigned long next, start;
608         unsigned long mapped_ram_size = 0;
609         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
610         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
611
612         start = map_start;
613         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
614
615         /*
616          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
617          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
618          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
619          * for page table.
620          */
621         while (start < map_end) {
622                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
623                         next = round_up(start + 1, step_size);
624                         if (next > map_end)
625                                 next = map_end;
626                 } else {
627                         next = map_end;
628                 }
629
630                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
631                 start = next;
632
633                 if (mapped_ram_size >= step_size)
634                         step_size = get_new_step_size(step_size);
635         }
636 }
637
638 void __init init_mem_mapping(void)
639 {
640         unsigned long end;
641
642         pti_check_boottime_disable();
643         probe_page_size_mask();
644         setup_pcid();
645
646 #ifdef CONFIG_X86_64
647         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
648 #else
649         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
650 #endif
651
652         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
653         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
654
655         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
656         init_trampoline();
657
658         /*
659          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
660          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
661          */
662         if (memblock_bottom_up()) {
663                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
664
665                 /*
666                  * we need two separate calls here. This is because we want to
667                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
668                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
669                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
670                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
671                  */
672                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
673                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
674         } else {
675                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
676         }
677
678 #ifdef CONFIG_X86_64
679         if (max_pfn > max_low_pfn) {
680                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
681                 max_low_pfn = max_pfn;
682         }
683 #else
684         early_ioremap_page_table_range_init();
685 #endif
686
687         load_cr3(swapper_pg_dir);
688         __flush_tlb_all();
689
690         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
691
692         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
693 }
694
695 /*
696  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
697  * is valid. The argument is a physical page number.
698  *
699  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
700  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
701  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
702  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
703  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
704  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
705  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
706  */
707 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
708 {
709         if (page_is_ram(pagenr)) {
710                 /*
711                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
712                  * request that the page be shown as all zeros.
713                  */
714                 if (pagenr < 256)
715                         return 2;
716
717                 return 0;
718         }
719
720         /*
721          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
722          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
723          */
724         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
725                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
726                 if (pagenr < 256)
727                         return 1;
728
729                 return 0;
730         }
731
732         return 1;
733 }
734
735 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
736 {
737         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
738
739         /* Make sure boundaries are page aligned */
740         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
741         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
742
743         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
744                 begin = begin_aligned;
745                 end   = end_aligned;
746         }
747
748         if (begin >= end)
749                 return;
750
751         /*
752          * If debugging page accesses then do not free this memory but
753          * mark them not present - any buggy init-section access will
754          * create a kernel page fault:
755          */
756         if (debug_pagealloc_enabled()) {
757                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
758                         begin, end - 1);
759                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
760         } else {
761                 /*
762                  * We just marked the kernel text read only above, now that
763                  * we are going to free part of that, we need to make that
764                  * writeable and non-executable first.
765                  */
766                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
767                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
768
769                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
770                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
771         }
772 }
773
774 void __ref free_initmem(void)
775 {
776         e820__reallocate_tables();
777
778         free_init_pages("unused kernel",
779                         (unsigned long)(&__init_begin),
780                         (unsigned long)(&__init_end));
781 }
782
783 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
784 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
785 {
786         /*
787          * end could be not aligned, and We can not align that,
788          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
789          * We already reserve the end partial page before in
790          *   - i386_start_kernel()
791          *   - x86_64_start_kernel()
792          *   - relocate_initrd()
793          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
794          */
795         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
796 }
797 #endif
798
799 /*
800  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
801  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
802  * accurately.
803  *
804  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
805  * might benefit from this as well.
806  */
807 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
808 {
809 #ifdef CONFIG_X86_64
810         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
811         unsigned long start_pfn, end_pfn;
812         phys_addr_t start_addr, end_addr;
813         int i;
814         u64 u;
815
816         /*
817          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
818          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
819          */
820         nr_pages = 0;
821         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
822                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
823                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
824
825                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
826         }
827
828         /*
829          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
830          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
831          * pages at the beginning or the end of the range:
832          */
833         nr_free_pages = 0;
834         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
835                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
836                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
837
838                 if (start_pfn < end_pfn)
839                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
840         }
841
842         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
843 #endif
844 }
845
846 void __init zone_sizes_init(void)
847 {
848         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
849
850         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
851
852 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
853         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
854 #endif
855 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
856         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
857 #endif
858         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
859 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
860         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
861 #endif
862
863         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
864 }
865
866 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
867         .loaded_mm = &init_mm,
868         .next_asid = 1,
869         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
870 };
871 EXPORT_SYMBOL_GPL(cpu_tlbstate);
872
873 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
874 {
875         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
876         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
877
878         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
879         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
880 }