arch/sparc64/mm/tsb.c

   1 /* arch/sparc64/mm/tsb.c
   2  *
   3  * Copyright (C) 2006 David S. Miller <davem@davemloft.net>
   4  */
   5
   6 #include <linux/kernel.h>
   7 #include <asm/system.h>
   8 #include <asm/page.h>
   9 #include <asm/tlbflush.h>
  10 #include <asm/tlb.h>
  11 #include <asm/mmu_context.h>
  12 #include <asm/pgtable.h>
  13 #include <asm/tsb.h>
  14 #include <asm/oplib.h>
  15
  16 extern struct tsb swapper_tsb[KERNEL_TSB_NENTRIES];
  17
  18 static inline unsigned long tsb_hash(unsigned long vaddr, unsigned long nentries)
  19 {
  20         vaddr >>= PAGE_SHIFT;
  21         return vaddr & (nentries - 1);
  22 }
  23
  24 static inline int tag_compare(unsigned long tag, unsigned long vaddr)
  25 {
  26         return (tag == (vaddr >> 22));
  27 }
  28
  29 /* TSB flushes need only occur on the processor initiating the address
  30  * space modification, not on each cpu the address space has run on.
  31  * Only the TLB flush needs that treatment.
  32  */
  33
  34 void flush_tsb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
  35 {
  36         unsigned long v;
  37
  38         for (v = start; v < end; v += PAGE_SIZE) {
  39                 unsigned long hash = tsb_hash(v, KERNEL_TSB_NENTRIES);
  40                 struct tsb *ent = &swapper_tsb[hash];
  41
  42                 if (tag_compare(ent->tag, v)) {
  43                         ent->tag = (1UL << TSB_TAG_INVALID_BIT);
  44                         membar_storeload_storestore();
  45                 }
  46         }
  47 }
  48
  49 void flush_tsb_user(struct mmu_gather *mp)
  50 {
  51         struct mm_struct *mm = mp->mm;
  52         unsigned long nentries, base, flags;
  53         struct tsb *tsb;
  54         int i;
  55
  56         spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);
  57
  58         tsb = mm->context.tsb;
  59         nentries = mm->context.tsb_nentries;
  60
  61         if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor)
  62                 base = __pa(tsb);
  63         else
  64                 base = (unsigned long) tsb;
  65
  66         for (i = 0; i < mp->tlb_nr; i++) {
  67                 unsigned long v = mp->vaddrs[i];
  68                 unsigned long tag, ent, hash;
  69
  70                 v &= ~0x1UL;
  71
  72                 hash = tsb_hash(v, nentries);
  73                 ent = base + (hash * sizeof(struct tsb));
  74                 tag = (v >> 22UL);
  75
  76                 tsb_flush(ent, tag);
  77         }
  78
  79         spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
  80 }
  81
  82 static void setup_tsb_params(struct mm_struct *mm, unsigned long tsb_bytes)
  83 {
  84         unsigned long tsb_reg, base, tsb_paddr;
  85         unsigned long page_sz, tte;
  86
  87         mm->context.tsb_nentries = tsb_bytes / sizeof(struct tsb);
  88
  89         base = TSBMAP_BASE;
  90         tte = pgprot_val(PAGE_KERNEL_LOCKED);
  91         tsb_paddr = __pa(mm->context.tsb);
  92         BUG_ON(tsb_paddr & (tsb_bytes - 1UL));
  93
  94         /* Use the smallest page size that can map the whole TSB
  95          * in one TLB entry.
  96          */
  97         switch (tsb_bytes) {
  98         case 8192 << 0:
  99                 tsb_reg = 0x0UL;
 100 #ifdef DCACHE_ALIASING_POSSIBLE
 101                 base += (tsb_paddr & 8192);
 102 #endif
 103                 page_sz = 8192;
 104                 break;
 105
 106         case 8192 << 1:
 107                 tsb_reg = 0x1UL;
 108                 page_sz = 64 * 1024;
 109                 break;
 110
 111         case 8192 << 2:
 112                 tsb_reg = 0x2UL;
 113                 page_sz = 64 * 1024;
 114                 break;
 115
 116         case 8192 << 3:
 117                 tsb_reg = 0x3UL;
 118                 page_sz = 64 * 1024;
 119                 break;
 120
 121         case 8192 << 4:
 122                 tsb_reg = 0x4UL;
 123                 page_sz = 512 * 1024;
 124                 break;
 125
 126         case 8192 << 5:
 127                 tsb_reg = 0x5UL;
 128                 page_sz = 512 * 1024;
 129                 break;
 130
 131         case 8192 << 6:
 132                 tsb_reg = 0x6UL;
 133                 page_sz = 512 * 1024;
 134                 break;
 135
 136         case 8192 << 7:
 137                 tsb_reg = 0x7UL;
 138                 page_sz = 4 * 1024 * 1024;
 139                 break;
 140
 141         default:
 142                 BUG();
 143         };
 144         tte |= pte_sz_bits(page_sz);
 145
 146         if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
 147                 /* Physical mapping, no locked TLB entry for TSB.  */
 148                 tsb_reg |= tsb_paddr;
 149
 150                 mm->context.tsb_reg_val = tsb_reg;
 151                 mm->context.tsb_map_vaddr = 0;
 152                 mm->context.tsb_map_pte = 0;
 153         } else {
 154                 tsb_reg |= base;
 155                 tsb_reg |= (tsb_paddr & (page_sz - 1UL));
 156                 tte |= (tsb_paddr & ~(page_sz - 1UL));
 157
 158                 mm->context.tsb_reg_val = tsb_reg;
 159                 mm->context.tsb_map_vaddr = base;
 160                 mm->context.tsb_map_pte = tte;
 161         }
 162
 163         /* Setup the Hypervisor TSB descriptor.  */
 164         if (tlb_type == hypervisor) {
 165                 struct hv_tsb_descr *hp = &mm->context.tsb_descr;
 166
 167                 switch (PAGE_SIZE) {
 168                 case 8192:
 169                 default:
 170                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_8K;
 171                         break;
 172
 173                 case 64 * 1024:
 174                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_64K;
 175                         break;
 176
 177                 case 512 * 1024:
 178                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_512K;
 179                         break;
 180
 181                 case 4 * 1024 * 1024:
 182                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_4MB;
 183                         break;
 184                 };
 185                 hp->assoc = 1;
 186                 hp->num_ttes = tsb_bytes / 16;
 187                 hp->ctx_idx = 0;
 188                 switch (PAGE_SIZE) {
 189                 case 8192:
 190                 default:
 191                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_8K;
 192                         break;
 193
 194                 case 64 * 1024:
 195                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_64K;
 196                         break;
 197
 198                 case 512 * 1024:
 199                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_512K;
 200                         break;
 201
 202                 case 4 * 1024 * 1024:
 203                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_4MB;
 204                         break;
 205                 };
 206                 hp->tsb_base = tsb_paddr;
 207                 hp->resv = 0;
 208         }
 209 }
 210
 211 static kmem_cache_t *tsb_caches[8] __read_mostly;
 212
 213 static const char *tsb_cache_names[8] = {
 214         "tsb_8KB",
 215         "tsb_16KB",
 216         "tsb_32KB",
 217         "tsb_64KB",
 218         "tsb_128KB",
 219         "tsb_256KB",
 220         "tsb_512KB",
 221         "tsb_1MB",
 222 };
 223
 224 void __init tsb_cache_init(void)
 225 {
 226         unsigned long i;
 227
 228         for (i = 0; i < 8; i++) {
 229                 unsigned long size = 8192 << i;
 230                 const char *name = tsb_cache_names[i];
 231
 232                 tsb_caches[i] = kmem_cache_create(name,
 233                                                   size, size,
 234                                                   SLAB_HWCACHE_ALIGN |
 235                                                   SLAB_MUST_HWCACHE_ALIGN,
 236                                                   NULL, NULL);
 237                 if (!tsb_caches[i]) {
 238                         prom_printf("Could not create %s cache\n", name);
 239                         prom_halt();
 240                 }
 241         }
 242 }
 243
 244 /* When the RSS of an address space exceeds mm->context.tsb_rss_limit,
 245  * do_sparc64_fault() invokes this routine to try and grow the TSB.
 246  *
 247  * When we reach the maximum TSB size supported, we stick ~0UL into
 248  * mm->context.tsb_rss_limit so the grow checks in update_mmu_cache()
 249  * will not trigger any longer.
 250  *
 251  * The TSB can be anywhere from 8K to 1MB in size, in increasing powers
 252  * of two.  The TSB must be aligned to it's size, so f.e. a 512K TSB
 253  * must be 512K aligned.  It also must be physically contiguous, so we
 254  * cannot use vmalloc().
 255  *
 256  * The idea here is to grow the TSB when the RSS of the process approaches
 257  * the number of entries that the current TSB can hold at once.  Currently,
 258  * we trigger when the RSS hits 3/4 of the TSB capacity.
 259  */
 260 void tsb_grow(struct mm_struct *mm, unsigned long rss)
 261 {
 262         unsigned long max_tsb_size = 1 * 1024 * 1024;
 263         unsigned long new_size, old_size, flags;
 264         struct tsb *old_tsb, *new_tsb;
 265         unsigned long new_cache_index, old_cache_index;
 266         unsigned long new_rss_limit;
 267         gfp_t gfp_flags;
 268
 269         if (max_tsb_size > (PAGE_SIZE << MAX_ORDER))
 270                 max_tsb_size = (PAGE_SIZE << MAX_ORDER);
 271
 272         new_cache_index = 0;
 273         for (new_size = 8192; new_size < max_tsb_size; new_size <<= 1UL) {
 274                 unsigned long n_entries = new_size / sizeof(struct tsb);
 275
 276                 n_entries = (n_entries * 3) / 4;
 277                 if (n_entries > rss)
 278                         break;
 279
 280                 new_cache_index++;
 281         }
 282
 283         if (new_size == max_tsb_size)
 284                 new_rss_limit = ~0UL;
 285         else
 286                 new_rss_limit = ((new_size / sizeof(struct tsb)) * 3) / 4;
 287
 288 retry_tsb_alloc:
 289         gfp_flags = GFP_KERNEL;
 290         if (new_size > (PAGE_SIZE * 2))
 291                 gfp_flags = __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY;
 292
 293         new_tsb = kmem_cache_alloc(tsb_caches[new_cache_index], gfp_flags);
 294         if (unlikely(!new_tsb)) {
 295                 /* Not being able to fork due to a high-order TSB
 296                  * allocation failure is very bad behavior.  Just back
 297                  * down to a 0-order allocation and force no TSB
 298                  * growing for this address space.
 299                  */
 300                 if (mm->context.tsb == NULL && new_cache_index > 0) {
 301                         new_cache_index = 0;
 302                         new_size = 8192;
 303                         new_rss_limit = ~0UL;
 304                         goto retry_tsb_alloc;
 305                 }
 306
 307                 /* If we failed on a TSB grow, we are under serious
 308                  * memory pressure so don't try to grow any more.
 309                  */
 310                 if (mm->context.tsb != NULL)
 311                         mm->context.tsb_rss_limit = ~0UL;
 312                 return;
 313         }
 314
 315         /* Mark all tags as invalid.  */
 316         tsb_init(new_tsb, new_size);
 317
 318         /* Ok, we are about to commit the changes.  If we are
 319          * growing an existing TSB the locking is very tricky,
 320          * so WATCH OUT!
 321          *
 322          * We have to hold mm->context.lock while committing to the
 323          * new TSB, this synchronizes us with processors in
 324          * flush_tsb_user() and switch_mm() for this address space.
 325          *
 326          * But even with that lock held, processors run asynchronously
 327          * accessing the old TSB via TLB miss handling.  This is OK
 328          * because those actions are just propagating state from the
 329          * Linux page tables into the TSB, page table mappings are not
 330          * being changed.  If a real fault occurs, the processor will
 331          * synchronize with us when it hits flush_tsb_user(), this is
 332          * also true for the case where vmscan is modifying the page
 333          * tables.  The only thing we need to be careful with is to
 334          * skip any locked TSB entries during copy_tsb().
 335          *
 336          * When we finish committing to the new TSB, we have to drop
 337          * the lock and ask all other cpus running this address space
 338          * to run tsb_context_switch() to see the new TSB table.
 339          */
 340         spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);
 341
 342         old_tsb = mm->context.tsb;
 343         old_cache_index = (mm->context.tsb_reg_val & 0x7UL);
 344         old_size = mm->context.tsb_nentries * sizeof(struct tsb);
 345
 346
 347         /* Handle multiple threads trying to grow the TSB at the same time.
 348          * One will get in here first, and bump the size and the RSS limit.
 349          * The others will get in here next and hit this check.
 350          */
 351         if (unlikely(old_tsb && (rss < mm->context.tsb_rss_limit))) {
 352                 spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
 353
 354                 kmem_cache_free(tsb_caches[new_cache_index], new_tsb);
 355                 return;
 356         }
 357
 358         mm->context.tsb_rss_limit = new_rss_limit;
 359
 360         if (old_tsb) {
 361                 extern void copy_tsb(unsigned long old_tsb_base,
 362                                      unsigned long old_tsb_size,
 363                                      unsigned long new_tsb_base,
 364                                      unsigned long new_tsb_size);
 365                 unsigned long old_tsb_base = (unsigned long) old_tsb;
 366                 unsigned long new_tsb_base = (unsigned long) new_tsb;
 367
 368                 if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
 369                         old_tsb_base = __pa(old_tsb_base);
 370                         new_tsb_base = __pa(new_tsb_base);
 371                 }
 372                 copy_tsb(old_tsb_base, old_size, new_tsb_base, new_size);
 373         }
 374
 375         mm->context.tsb = new_tsb;
 376         setup_tsb_params(mm, new_size);
 377
 378         spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
 379
 380         /* If old_tsb is NULL, we're being invoked for the first time
 381          * from init_new_context().
 382          */
 383         if (old_tsb) {
 384                 /* Reload it on the local cpu.  */
 385                 tsb_context_switch(mm);
 386
 387                 /* Now force other processors to do the same.  */
 388                 smp_tsb_sync(mm);
 389
 390                 /* Now it is safe to free the old tsb.  */
 391                 kmem_cache_free(tsb_caches[old_cache_index], old_tsb);
 392         }
 393 }
 394
 395 int init_new_context(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)
 396 {
 397         spin_lock_init(&mm->context.lock);
 398
 399         mm->context.sparc64_ctx_val = 0UL;
 400
 401         /* copy_mm() copies over the parent's mm_struct before calling
 402          * us, so we need to zero out the TSB pointer or else tsb_grow()
 403          * will be confused and think there is an older TSB to free up.
 404          */
 405         mm->context.tsb = NULL;
 406
 407         /* If this is fork, inherit the parent's TSB size.  We would
 408          * grow it to that size on the first page fault anyways.
 409          */
 410         tsb_grow(mm, get_mm_rss(mm));
 411
 412         if (unlikely(!mm->context.tsb))
 413                 return -ENOMEM;
 414
 415         return 0;
 416 }
 417
 418 void destroy_context(struct mm_struct *mm)
 419 {
 420         unsigned long flags, cache_index;
 421
 422         cache_index = (mm->context.tsb_reg_val & 0x7UL);
 423         kmem_cache_free(tsb_caches[cache_index], mm->context.tsb);
 424
 425         /* We can remove these later, but for now it's useful
 426          * to catch any bogus post-destroy_context() references
 427          * to the TSB.
 428          */
 429         mm->context.tsb = NULL;
 430         mm->context.tsb_reg_val = 0UL;
 431
 432         spin_lock_irqsave(&ctx_alloc_lock, flags);
 433
 434         if (CTX_VALID(mm->context)) {
 435                 unsigned long nr = CTX_NRBITS(mm->context);
 436                 mmu_context_bmap[nr>>6] &= ~(1UL << (nr & 63));
 437         }
 438
 439         spin_unlock_irqrestore(&ctx_alloc_lock, flags);
 440 }