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/swapfile.h>
   7 #include <linux/swapops.h>
   8
   9 #include <asm/set_memory.h>
  10 #include <asm/e820/api.h>
  11 #include <asm/init.h>
  12 #include <asm/page.h>
  13 #include <asm/page_types.h>
  14 #include <asm/sections.h>
  15 #include <asm/setup.h>
  16 #include <asm/tlbflush.h>
  17 #include <asm/tlb.h>
  18 #include <asm/proto.h>
  19 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
  20 #include <asm/microcode.h>
  21 #include <asm/kaslr.h>
  22 #include <asm/hypervisor.h>
  23 #include <asm/cpufeature.h>
  24 #include <asm/pti.h>
  25
  26 /*
  27  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
  28  * is only compied when SMP=y.
  29  */
  30 #define CREATE_TRACE_POINTS
  31 #include <trace/events/tlb.h>
  32
  33 #include "mm_internal.h"
  34
  35 /*
  36  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
  37  *
  38  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
  39  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
  40  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
  41  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
  42  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
  43  *
  44  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
  45  *
  46  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
  47  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
  48  */
  49 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
  50         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
  51         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  52         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
  53         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
  54         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  55         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  56 };
  57 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
  58
  59 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
  60         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  61         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  62         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  63         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  64         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  65         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  66         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  67         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  68 };
  69 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
  70
  71 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
  72 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
  73 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
  74
  75 static unsigned long min_pfn_mapped;
  76
  77 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
  78
  79 /*
  80  * Pages returned are already directly mapped.
  81  *
  82  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
  83  *
  84  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
  85  *
  86  * for detailed information.
  87  */
  88 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
  89 {
  90         unsigned long pfn;
  91         int i;
  92
  93         if (after_bootmem) {
  94                 unsigned int order;
  95
  96                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
  97                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
  98         }
  99
 100         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
 101                 unsigned long ret = 0;
 102
 103                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
 104                         ret = memblock_find_in_range(
 105                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 106                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 107                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
 108                 }
 109                 if (ret)
 110                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
 111                 else if (can_use_brk_pgt)
 112                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
 113
 114                 if (!ret)
 115                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
 116
 117                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
 118         } else {
 119                 pfn = pgt_buf_end;
 120                 pgt_buf_end += num;
 121                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
 122                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
 123         }
 124
 125         for (i = 0; i < num; i++) {
 126                 void *adr;
 127
 128                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
 129                 clear_page(adr);
 130         }
 131
 132         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
 133 }
 134
 135 /*
 136  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
 137  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
 138  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
 139  * randomization is enabled.
 140  */
 141 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
 142 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
 143 #else
 144 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
 145 #endif
 146 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
 147 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
 148 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
 149 {
 150         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
 151         phys_addr_t base;
 152
 153         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
 154
 155         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
 156         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
 157         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
 158 }
 159
 160 int after_bootmem;
 161
 162 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
 163
 164 struct map_range {
 165         unsigned long start;
 166         unsigned long end;
 167         unsigned page_size_mask;
 168 };
 169
 170 static int page_size_mask;
 171
 172 static void __init probe_page_size_mask(void)
 173 {
 174         /*
 175          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
 176          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
 177          * large pages into small in interrupt context, etc.
 178          */
 179         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
 180                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
 181         else
 182                 direct_gbpages = 0;
 183
 184         /* Enable PSE if available */
 185         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
 186                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
 187
 188         /* Enable PGE if available */
 189         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
 190         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
 191                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
 192                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
 193         }
 194
 195         /* By the default is everything supported: */
 196         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
 197         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
 198         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
 199                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
 200
 201         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
 202         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
 203                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
 204                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
 205         } else {
 206                 direct_gbpages = 0;
 207         }
 208 }
 209
 210 static void setup_pcid(void)
 211 {
 212         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
 213                 return;
 214
 215         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
 216                 return;
 217
 218         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
 219                 /*
 220                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
 221                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
 222                  * do any good anyway.  Despite the name,
 223                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
 224                  * the bits in question to remain set all the way through
 225                  * the secondary boot asm.
 226                  *
 227                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
 228                  * start_secondary().
 229                  */
 230                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
 231
 232                 /*
 233                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
 234                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
 235                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
 236                  * no INVPCID support at all.
 237                  */
 238                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
 239                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
 240         } else {
 241                 /*
 242                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
 243                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
 244                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
 245                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
 246                  * data if we're on an improperly configured VM.
 247                  */
 248                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
 249         }
 250 }
 251
 252 #ifdef CONFIG_X86_32
 253 #define NR_RANGE_MR 3
 254 #else /* CONFIG_X86_64 */
 255 #define NR_RANGE_MR 5
 256 #endif
 257
 258 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
 259                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 260                              unsigned long page_size_mask)
 261 {
 262         if (start_pfn < end_pfn) {
 263                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
 264                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
 265                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
 266                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
 267                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
 268                 nr_range++;
 269         }
 270
 271         return nr_range;
 272 }
 273
 274 /*
 275  * adjust the page_size_mask for small range to go with
 276  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
 277  */
 278 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
 279                                                          int nr_range)
 280 {
 281         int i;
 282
 283         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
 284                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
 285                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
 286                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
 287                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
 288
 289 #ifdef CONFIG_X86_32
 290                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
 291                                 continue;
 292 #endif
 293
 294                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 295                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
 296                 }
 297                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
 298                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
 299                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
 300                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
 301
 302                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 303                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
 304                 }
 305         }
 306 }
 307
 308 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
 309 {
 310         static const char str_1g[] = "1G";
 311         static const char str_2m[] = "2M";
 312         static const char str_4m[] = "4M";
 313         static const char str_4k[] = "4k";
 314
 315         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
 316                 return str_1g;
 317         /*
 318          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
 319          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
 320          * print out the right size in the string.
 321          */
 322         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
 323             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
 324             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 325                 return str_4m;
 326
 327         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 328                 return str_2m;
 329
 330         return str_4k;
 331 }
 332
 333 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
 334                                      unsigned long start,
 335                                      unsigned long end)
 336 {
 337         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
 338         unsigned long pfn;
 339         int i;
 340
 341         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
 342
 343         /* head if not big page alignment ? */
 344         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
 345 #ifdef CONFIG_X86_32
 346         /*
 347          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 348          * because there are often fixed size MTRRs in there
 349          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 350          * slowdowns.
 351          */
 352         if (pfn == 0)
 353                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
 354         else
 355                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 356 #else /* CONFIG_X86_64 */
 357         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 358 #endif
 359         if (end_pfn > limit_pfn)
 360                 end_pfn = limit_pfn;
 361         if (start_pfn < end_pfn) {
 362                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 363                 pfn = end_pfn;
 364         }
 365
 366         /* big page (2M) range */
 367         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 368 #ifdef CONFIG_X86_32
 369         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 370 #else /* CONFIG_X86_64 */
 371         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 372         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
 373                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 374 #endif
 375
 376         if (start_pfn < end_pfn) {
 377                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 378                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 379                 pfn = end_pfn;
 380         }
 381
 382 #ifdef CONFIG_X86_64
 383         /* big page (1G) range */
 384         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 385         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 386         if (start_pfn < end_pfn) {
 387                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 388                                 page_size_mask &
 389                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 390                 pfn = end_pfn;
 391         }
 392
 393         /* tail is not big page (1G) alignment */
 394         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 395         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 396         if (start_pfn < end_pfn) {
 397                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 398                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 399                 pfn = end_pfn;
 400         }
 401 #endif
 402
 403         /* tail is not big page (2M) alignment */
 404         start_pfn = pfn;
 405         end_pfn = limit_pfn;
 406         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 407
 408         if (!after_bootmem)
 409                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
 410
 411         /* try to merge same page size and continuous */
 412         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 413                 unsigned long old_start;
 414                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 415                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 416                         continue;
 417                 /* move it */
 418                 old_start = mr[i].start;
 419                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 420                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 421                 mr[i--].start = old_start;
 422                 nr_range--;
 423         }
 424
 425         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 426                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
 427                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
 428                                 page_size_string(&mr[i]));
 429
 430         return nr_range;
 431 }
 432
 433 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
 434 int nr_pfn_mapped;
 435
 436 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 437 {
 438         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
 439                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
 440         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
 441
 442         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
 443
 444         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
 445                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
 446                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
 447 }
 448
 449 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 450 {
 451         int i;
 452
 453         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
 454                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
 455                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
 456                         return true;
 457
 458         return false;
 459 }
 460
 461 /*
 462  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 463  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 464  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 465  */
 466 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
 467                                                unsigned long end)
 468 {
 469         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 470         unsigned long ret = 0;
 471         int nr_range, i;
 472
 473         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 474                start, end - 1);
 475
 476         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 477         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
 478
 479         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 480                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 481                                                    mr[i].page_size_mask);
 482
 483         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
 484
 485         return ret >> PAGE_SHIFT;
 486 }
 487
 488 /*
 489  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
 490  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
 491  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
 492  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
 493  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
 494  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
 495  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
 496  *
 497  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
 498  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
 499  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
 500  */
 501 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
 502                                            unsigned long r_start,
 503                                            unsigned long r_end)
 504 {
 505         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 506         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 507         int i;
 508
 509         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 510                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
 511                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
 512                 if (start >= end)
 513                         continue;
 514
 515                 /*
 516                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
 517                  * alloc pgt buf from memblock instead.
 518                  */
 519                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
 520                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
 521                 init_memory_mapping(start, end);
 522                 mapped_ram_size += end - start;
 523                 can_use_brk_pgt = true;
 524         }
 525
 526         return mapped_ram_size;
 527 }
 528
 529 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
 530 {
 531         /*
 532          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
 533          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
 534          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
 535          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
 536          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
 537          * difference of page table level shifts.
 538          *
 539          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
 540          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
 541          * turns it into 0x100000000ULL.
 542          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
 543          * needs to be taken into consideration by the code below.
 544          */
 545         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
 546 }
 547
 548 /**
 549  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
 550  * @map_start: start address of the target memory range
 551  * @map_end: end address of the target memory range
 552  *
 553  * This function will setup direct mapping for memory range
 554  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
 555  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
 556  * memory in top-down.
 557  */
 558 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
 559                                        unsigned long map_end)
 560 {
 561         unsigned long real_end, start, last_start;
 562         unsigned long step_size;
 563         unsigned long addr;
 564         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 565
 566         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
 567         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
 568         real_end = addr + PMD_SIZE;
 569
 570         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 571         step_size = PMD_SIZE;
 572         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
 573         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
 574         last_start = start = real_end;
 575
 576         /*
 577          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
 578          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 579          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 580          * for page table.
 581          */
 582         while (last_start > map_start) {
 583                 if (last_start > step_size) {
 584                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
 585                         if (start < map_start)
 586                                 start = map_start;
 587                 } else
 588                         start = map_start;
 589                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
 590                                                         last_start);
 591                 last_start = start;
 592                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
 593                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 594                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 595         }
 596
 597         if (real_end < map_end)
 598                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
 599 }
 600
 601 /**
 602  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
 603  * @map_start: start address of the target memory range
 604  * @map_end: end address of the target memory range
 605  *
 606  * This function will setup direct mapping for memory range
 607  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
 608  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
 609  * be allocated just above the kernel and we map the memory
 610  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
 611  */
 612 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
 613                                         unsigned long map_end)
 614 {
 615         unsigned long next, start;
 616         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 617         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 618         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
 619
 620         start = map_start;
 621         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
 622
 623         /*
 624          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
 625          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 626          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 627          * for page table.
 628          */
 629         while (start < map_end) {
 630                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
 631                         next = round_up(start + 1, step_size);
 632                         if (next > map_end)
 633                                 next = map_end;
 634                 } else {
 635                         next = map_end;
 636                 }
 637
 638                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
 639                 start = next;
 640
 641                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 642                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 643         }
 644 }
 645
 646 void __init init_mem_mapping(void)
 647 {
 648         unsigned long end;
 649
 650         pti_check_boottime_disable();
 651         probe_page_size_mask();
 652         setup_pcid();
 653
 654 #ifdef CONFIG_X86_64
 655         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
 656 #else
 657         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
 658 #endif
 659
 660         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
 661         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
 662
 663         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
 664         init_trampoline();
 665
 666         /*
 667          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
 668          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
 669          */
 670         if (memblock_bottom_up()) {
 671                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
 672
 673                 /*
 674                  * we need two separate calls here. This is because we want to
 675                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
 676                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
 677                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
 678                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
 679                  */
 680                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
 681                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
 682         } else {
 683                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
 684         }
 685
 686 #ifdef CONFIG_X86_64
 687         if (max_pfn > max_low_pfn) {
 688                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
 689                 max_low_pfn = max_pfn;
 690         }
 691 #else
 692         early_ioremap_page_table_range_init();
 693 #endif
 694
 695         load_cr3(swapper_pg_dir);
 696         __flush_tlb_all();
 697
 698         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
 699
 700         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
 701 }
 702
 703 /*
 704  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 705  * is valid. The argument is a physical page number.
 706  *
 707  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
 708  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
 709  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
 710  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
 711  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
 712  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 713  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 714  */
 715 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 716 {
 717         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
 718                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
 719                         != REGION_DISJOINT) {
 720                 /*
 721                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
 722                  * request that the page be shown as all zeros.
 723                  */
 724                 if (pagenr < 256)
 725                         return 2;
 726
 727                 return 0;
 728         }
 729
 730         /*
 731          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
 732          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
 733          */
 734         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
 735                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
 736                 if (pagenr < 256)
 737                         return 1;
 738
 739                 return 0;
 740         }
 741
 742         return 1;
 743 }
 744
 745 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 746 {
 747         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 748
 749         /* Make sure boundaries are page aligned */
 750         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 751         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 752
 753         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 754                 begin = begin_aligned;
 755                 end   = end_aligned;
 756         }
 757
 758         if (begin >= end)
 759                 return;
 760
 761         /*
 762          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 763          * mark them not present - any buggy init-section access will
 764          * create a kernel page fault:
 765          */
 766         if (debug_pagealloc_enabled()) {
 767                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 768                         begin, end - 1);
 769                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 770         } else {
 771                 /*
 772                  * We just marked the kernel text read only above, now that
 773                  * we are going to free part of that, we need to make that
 774                  * writeable and non-executable first.
 775                  */
 776                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 777                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 778
 779                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
 780                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
 781         }
 782 }
 783
 784 /*
 785  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
 786  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
 787  * right thing for either kind of address.
 788  */
 789 void free_kernel_image_pages(void *begin, void *end)
 790 {
 791         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
 792         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
 793         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
 794
 795
 796         free_init_pages("unused kernel image", begin_ul, end_ul);
 797
 798         /*
 799          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
 800          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
 801          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
 802          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
 803          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
 804          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
 805          * optimizations PTI is currently using.
 806          *
 807          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
 808          * needed to access the freed pages.
 809          *
 810          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
 811          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
 812          */
 813         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
 814                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
 815 }
 816
 817 void __weak mem_encrypt_free_decrypted_mem(void) { }
 818
 819 void __ref free_initmem(void)
 820 {
 821         e820__reallocate_tables();
 822
 823         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
 824
 825         free_kernel_image_pages(&__init_begin, &__init_end);
 826 }
 827
 828 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 829 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 830 {
 831         /*
 832          * end could be not aligned, and We can not align that,
 833          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 834          * We already reserve the end partial page before in
 835          *   - i386_start_kernel()
 836          *   - x86_64_start_kernel()
 837          *   - relocate_initrd()
 838          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 839          */
 840         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
 841 }
 842 #endif
 843
 844 /*
 845  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
 846  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
 847  * accurately.
 848  *
 849  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
 850  * might benefit from this as well.
 851  */
 852 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
 853 {
 854 #ifdef CONFIG_X86_64
 855         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
 856         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 857         phys_addr_t start_addr, end_addr;
 858         int i;
 859         u64 u;
 860
 861         /*
 862          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
 863          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
 864          */
 865         nr_pages = 0;
 866         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 867                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
 868                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
 869
 870                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
 871         }
 872
 873         /*
 874          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
 875          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
 876          * pages at the beginning or the end of the range:
 877          */
 878         nr_free_pages = 0;
 879         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
 880                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
 881                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
 882
 883                 if (start_pfn < end_pfn)
 884                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
 885         }
 886
 887         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
 888 #endif
 889 }
 890
 891 void __init zone_sizes_init(void)
 892 {
 893         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 894
 895         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 896
 897 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 898         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
 899 #endif
 900 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 901         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
 902 #endif
 903         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
 904 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 905         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
 906 #endif
 907
 908         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 909 }
 910
 911 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
 912         .loaded_mm = &init_mm,
 913         .next_asid = 1,
 914         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
 915 };
 916 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_tlbstate);
 917
 918 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
 919 {
 920         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
 921         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
 922
 923         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
 924         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
 925 }
 926
 927 #ifdef CONFIG_SWAP
 928 unsigned long max_swapfile_size(void)
 929 {
 930         unsigned long pages;
 931
 932         pages = generic_max_swapfile_size();
 933
 934         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
 935                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
 936                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
 937                 /*
 938                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
 939                  * which makes the usable limit higher.
 940                  */
 941 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
 942                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
 943 #endif
 944                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
 945         }
 946         return pages;
 947 }
 948 #endif