mm: stop zeroing memory during allocation in vmemmap
[muen/linux.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/bootmem.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 #include <asm/pgtable.h>
33
34 /*
35  * Allocate a block of memory to be used to back the virtual memory map
36  * or to back the page tables that are used to create the mapping.
37  * Uses the main allocators if they are available, else bootmem.
38  */
39
40 static void * __ref __earlyonly_bootmem_alloc(int node,
41                                 unsigned long size,
42                                 unsigned long align,
43                                 unsigned long goal)
44 {
45         return memblock_virt_alloc_try_nid_raw(size, align, goal,
46                                             BOOTMEM_ALLOC_ACCESSIBLE, node);
47 }
48
49 static void *vmemmap_buf;
50 static void *vmemmap_buf_end;
51
52 void * __meminit vmemmap_alloc_block(unsigned long size, int node)
53 {
54         /* If the main allocator is up use that, fallback to bootmem. */
55         if (slab_is_available()) {
56                 struct page *page;
57
58                 page = alloc_pages_node(node, GFP_KERNEL | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
59                                         get_order(size));
60                 if (page)
61                         return page_address(page);
62                 return NULL;
63         } else
64                 return __earlyonly_bootmem_alloc(node, size, size,
65                                 __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
66 }
67
68 /* need to make sure size is all the same during early stage */
69 static void * __meminit alloc_block_buf(unsigned long size, int node)
70 {
71         void *ptr;
72
73         if (!vmemmap_buf)
74                 return vmemmap_alloc_block(size, node);
75
76         /* take the from buf */
77         ptr = (void *)ALIGN((unsigned long)vmemmap_buf, size);
78         if (ptr + size > vmemmap_buf_end)
79                 return vmemmap_alloc_block(size, node);
80
81         vmemmap_buf = ptr + size;
82
83         return ptr;
84 }
85
86 static unsigned long __meminit vmem_altmap_next_pfn(struct vmem_altmap *altmap)
87 {
88         return altmap->base_pfn + altmap->reserve + altmap->alloc
89                 + altmap->align;
90 }
91
92 static unsigned long __meminit vmem_altmap_nr_free(struct vmem_altmap *altmap)
93 {
94         unsigned long allocated = altmap->alloc + altmap->align;
95
96         if (altmap->free > allocated)
97                 return altmap->free - allocated;
98         return 0;
99 }
100
101 /**
102  * vmem_altmap_alloc - allocate pages from the vmem_altmap reservation
103  * @altmap - reserved page pool for the allocation
104  * @nr_pfns - size (in pages) of the allocation
105  *
106  * Allocations are aligned to the size of the request
107  */
108 static unsigned long __meminit vmem_altmap_alloc(struct vmem_altmap *altmap,
109                 unsigned long nr_pfns)
110 {
111         unsigned long pfn = vmem_altmap_next_pfn(altmap);
112         unsigned long nr_align;
113
114         nr_align = 1UL << find_first_bit(&nr_pfns, BITS_PER_LONG);
115         nr_align = ALIGN(pfn, nr_align) - pfn;
116
117         if (nr_pfns + nr_align > vmem_altmap_nr_free(altmap))
118                 return ULONG_MAX;
119         altmap->alloc += nr_pfns;
120         altmap->align += nr_align;
121         return pfn + nr_align;
122 }
123
124 static void * __meminit altmap_alloc_block_buf(unsigned long size,
125                 struct vmem_altmap *altmap)
126 {
127         unsigned long pfn, nr_pfns;
128         void *ptr;
129
130         if (size & ~PAGE_MASK) {
131                 pr_warn_once("%s: allocations must be multiple of PAGE_SIZE (%ld)\n",
132                                 __func__, size);
133                 return NULL;
134         }
135
136         nr_pfns = size >> PAGE_SHIFT;
137         pfn = vmem_altmap_alloc(altmap, nr_pfns);
138         if (pfn < ULONG_MAX)
139                 ptr = __va(__pfn_to_phys(pfn));
140         else
141                 ptr = NULL;
142         pr_debug("%s: pfn: %#lx alloc: %ld align: %ld nr: %#lx\n",
143                         __func__, pfn, altmap->alloc, altmap->align, nr_pfns);
144
145         return ptr;
146 }
147
148 /* need to make sure size is all the same during early stage */
149 void * __meminit __vmemmap_alloc_block_buf(unsigned long size, int node,
150                 struct vmem_altmap *altmap)
151 {
152         if (altmap)
153                 return altmap_alloc_block_buf(size, altmap);
154         return alloc_block_buf(size, node);
155 }
156
157 void __meminit vmemmap_verify(pte_t *pte, int node,
158                                 unsigned long start, unsigned long end)
159 {
160         unsigned long pfn = pte_pfn(*pte);
161         int actual_node = early_pfn_to_nid(pfn);
162
163         if (node_distance(actual_node, node) > LOCAL_DISTANCE)
164                 pr_warn("[%lx-%lx] potential offnode page_structs\n",
165                         start, end - 1);
166 }
167
168 pte_t * __meminit vmemmap_pte_populate(pmd_t *pmd, unsigned long addr, int node)
169 {
170         pte_t *pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
171         if (pte_none(*pte)) {
172                 pte_t entry;
173                 void *p = alloc_block_buf(PAGE_SIZE, node);
174                 if (!p)
175                         return NULL;
176                 entry = pfn_pte(__pa(p) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL);
177                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry);
178         }
179         return pte;
180 }
181
182 static void * __meminit vmemmap_alloc_block_zero(unsigned long size, int node)
183 {
184         void *p = vmemmap_alloc_block(size, node);
185
186         if (!p)
187                 return NULL;
188         memset(p, 0, size);
189
190         return p;
191 }
192
193 pmd_t * __meminit vmemmap_pmd_populate(pud_t *pud, unsigned long addr, int node)
194 {
195         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
196         if (pmd_none(*pmd)) {
197                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
198                 if (!p)
199                         return NULL;
200                 pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, p);
201         }
202         return pmd;
203 }
204
205 pud_t * __meminit vmemmap_pud_populate(p4d_t *p4d, unsigned long addr, int node)
206 {
207         pud_t *pud = pud_offset(p4d, addr);
208         if (pud_none(*pud)) {
209                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
210                 if (!p)
211                         return NULL;
212                 pud_populate(&init_mm, pud, p);
213         }
214         return pud;
215 }
216
217 p4d_t * __meminit vmemmap_p4d_populate(pgd_t *pgd, unsigned long addr, int node)
218 {
219         p4d_t *p4d = p4d_offset(pgd, addr);
220         if (p4d_none(*p4d)) {
221                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
222                 if (!p)
223                         return NULL;
224                 p4d_populate(&init_mm, p4d, p);
225         }
226         return p4d;
227 }
228
229 pgd_t * __meminit vmemmap_pgd_populate(unsigned long addr, int node)
230 {
231         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
232         if (pgd_none(*pgd)) {
233                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
234                 if (!p)
235                         return NULL;
236                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p);
237         }
238         return pgd;
239 }
240
241 int __meminit vmemmap_populate_basepages(unsigned long start,
242                                          unsigned long end, int node)
243 {
244         unsigned long addr = start;
245         pgd_t *pgd;
246         p4d_t *p4d;
247         pud_t *pud;
248         pmd_t *pmd;
249         pte_t *pte;
250
251         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
252                 pgd = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
253                 if (!pgd)
254                         return -ENOMEM;
255                 p4d = vmemmap_p4d_populate(pgd, addr, node);
256                 if (!p4d)
257                         return -ENOMEM;
258                 pud = vmemmap_pud_populate(p4d, addr, node);
259                 if (!pud)
260                         return -ENOMEM;
261                 pmd = vmemmap_pmd_populate(pud, addr, node);
262                 if (!pmd)
263                         return -ENOMEM;
264                 pte = vmemmap_pte_populate(pmd, addr, node);
265                 if (!pte)
266                         return -ENOMEM;
267                 vmemmap_verify(pte, node, addr, addr + PAGE_SIZE);
268         }
269
270         return 0;
271 }
272
273 struct page * __meminit sparse_mem_map_populate(unsigned long pnum, int nid)
274 {
275         unsigned long start;
276         unsigned long end;
277         struct page *map;
278
279         map = pfn_to_page(pnum * PAGES_PER_SECTION);
280         start = (unsigned long)map;
281         end = (unsigned long)(map + PAGES_PER_SECTION);
282
283         if (vmemmap_populate(start, end, nid))
284                 return NULL;
285
286         return map;
287 }
288
289 void __init sparse_mem_maps_populate_node(struct page **map_map,
290                                           unsigned long pnum_begin,
291                                           unsigned long pnum_end,
292                                           unsigned long map_count, int nodeid)
293 {
294         unsigned long pnum;
295         unsigned long size = sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION;
296         void *vmemmap_buf_start;
297
298         size = ALIGN(size, PMD_SIZE);
299         vmemmap_buf_start = __earlyonly_bootmem_alloc(nodeid, size * map_count,
300                          PMD_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
301
302         if (vmemmap_buf_start) {
303                 vmemmap_buf = vmemmap_buf_start;
304                 vmemmap_buf_end = vmemmap_buf_start + size * map_count;
305         }
306
307         for (pnum = pnum_begin; pnum < pnum_end; pnum++) {
308                 struct mem_section *ms;
309
310                 if (!present_section_nr(pnum))
311                         continue;
312
313                 map_map[pnum] = sparse_mem_map_populate(pnum, nodeid);
314                 if (map_map[pnum])
315                         continue;
316                 ms = __nr_to_section(pnum);
317                 pr_err("%s: sparsemem memory map backing failed some memory will not be available\n",
318                        __func__);
319                 ms->section_mem_map = 0;
320         }
321
322         if (vmemmap_buf_start) {
323                 /* need to free left buf */
324                 memblock_free_early(__pa(vmemmap_buf),
325                                     vmemmap_buf_end - vmemmap_buf);
326                 vmemmap_buf = NULL;
327                 vmemmap_buf_end = NULL;
328         }
329 }