arch/powerpc/mm/hugetlbpage.c

   1 /*
   2  * PPC64 (POWER4) Huge TLB Page Support for Kernel.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2003 David Gibson, IBM Corporation.
   5  *
   6  * Based on the IA-32 version:
   7  * Copyright (C) 2002, Rohit Seth <rohit.seth@intel.com>
   8  */
   9
  10 #include <linux/init.h>
  11 #include <linux/fs.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/hugetlb.h>
  14 #include <linux/pagemap.h>
  15 #include <linux/smp_lock.h>
  16 #include <linux/slab.h>
  17 #include <linux/err.h>
  18 #include <linux/sysctl.h>
  19 #include <asm/mman.h>
  20 #include <asm/pgalloc.h>
  21 #include <asm/tlb.h>
  22 #include <asm/tlbflush.h>
  23 #include <asm/mmu_context.h>
  24 #include <asm/machdep.h>
  25 #include <asm/cputable.h>
  26 #include <asm/tlb.h>
  27 #include <asm/spu.h>
  28
  29 #include <linux/sysctl.h>
  30
  31 #define NUM_LOW_AREAS   (0x100000000UL >> SID_SHIFT)
  32 #define NUM_HIGH_AREAS  (PGTABLE_RANGE >> HTLB_AREA_SHIFT)
  33
  34 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
  35 #define HUGEPTE_INDEX_SIZE      (PMD_SHIFT-HPAGE_SHIFT)
  36 #else
  37 #define HUGEPTE_INDEX_SIZE      (PUD_SHIFT-HPAGE_SHIFT)
  38 #endif
  39 #define PTRS_PER_HUGEPTE        (1 << HUGEPTE_INDEX_SIZE)
  40 #define HUGEPTE_TABLE_SIZE      (sizeof(pte_t) << HUGEPTE_INDEX_SIZE)
  41
  42 #define HUGEPD_SHIFT            (HPAGE_SHIFT + HUGEPTE_INDEX_SIZE)
  43 #define HUGEPD_SIZE             (1UL << HUGEPD_SHIFT)
  44 #define HUGEPD_MASK             (~(HUGEPD_SIZE-1))
  45
  46 #define huge_pgtable_cache      (pgtable_cache[HUGEPTE_CACHE_NUM])
  47
  48 /* Flag to mark huge PD pointers.  This means pmd_bad() and pud_bad()
  49  * will choke on pointers to hugepte tables, which is handy for
  50  * catching screwups early. */
  51 #define HUGEPD_OK       0x1
  52
  53 typedef struct { unsigned long pd; } hugepd_t;
  54
  55 #define hugepd_none(hpd)        ((hpd).pd == 0)
  56
  57 static inline pte_t *hugepd_page(hugepd_t hpd)
  58 {
  59         BUG_ON(!(hpd.pd & HUGEPD_OK));
  60         return (pte_t *)(hpd.pd & ~HUGEPD_OK);
  61 }
  62
  63 static inline pte_t *hugepte_offset(hugepd_t *hpdp, unsigned long addr)
  64 {
  65         unsigned long idx = ((addr >> HPAGE_SHIFT) & (PTRS_PER_HUGEPTE-1));
  66         pte_t *dir = hugepd_page(*hpdp);
  67
  68         return dir + idx;
  69 }
  70
  71 static int __hugepte_alloc(struct mm_struct *mm, hugepd_t *hpdp,
  72                            unsigned long address)
  73 {
  74         pte_t *new = kmem_cache_alloc(huge_pgtable_cache,
  75                                       GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
  76
  77         if (! new)
  78                 return -ENOMEM;
  79
  80         spin_lock(&mm->page_table_lock);
  81         if (!hugepd_none(*hpdp))
  82                 kmem_cache_free(huge_pgtable_cache, new);
  83         else
  84                 hpdp->pd = (unsigned long)new | HUGEPD_OK;
  85         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
  86         return 0;
  87 }
  88
  89 /* Modelled after find_linux_pte() */
  90 pte_t *huge_pte_offset(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
  91 {
  92         pgd_t *pg;
  93         pud_t *pu;
  94
  95         BUG_ON(! in_hugepage_area(mm->context, addr));
  96
  97         addr &= HPAGE_MASK;
  98
  99         pg = pgd_offset(mm, addr);
 100         if (!pgd_none(*pg)) {
 101                 pu = pud_offset(pg, addr);
 102                 if (!pud_none(*pu)) {
 103 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
 104                         pmd_t *pm;
 105                         pm = pmd_offset(pu, addr);
 106                         if (!pmd_none(*pm))
 107                                 return hugepte_offset((hugepd_t *)pm, addr);
 108 #else
 109                         return hugepte_offset((hugepd_t *)pu, addr);
 110 #endif
 111                 }
 112         }
 113
 114         return NULL;
 115 }
 116
 117 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 118 {
 119         pgd_t *pg;
 120         pud_t *pu;
 121         hugepd_t *hpdp = NULL;
 122
 123         BUG_ON(! in_hugepage_area(mm->context, addr));
 124
 125         addr &= HPAGE_MASK;
 126
 127         pg = pgd_offset(mm, addr);
 128         pu = pud_alloc(mm, pg, addr);
 129
 130         if (pu) {
 131 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
 132                 pmd_t *pm;
 133                 pm = pmd_alloc(mm, pu, addr);
 134                 if (pm)
 135                         hpdp = (hugepd_t *)pm;
 136 #else
 137                 hpdp = (hugepd_t *)pu;
 138 #endif
 139         }
 140
 141         if (! hpdp)
 142                 return NULL;
 143
 144         if (hugepd_none(*hpdp) && __hugepte_alloc(mm, hpdp, addr))
 145                 return NULL;
 146
 147         return hugepte_offset(hpdp, addr);
 148 }
 149
 150 int huge_pmd_unshare(struct mm_struct *mm, unsigned long *addr, pte_t *ptep)
 151 {
 152         return 0;
 153 }
 154
 155 static void free_hugepte_range(struct mmu_gather *tlb, hugepd_t *hpdp)
 156 {
 157         pte_t *hugepte = hugepd_page(*hpdp);
 158
 159         hpdp->pd = 0;
 160         tlb->need_flush = 1;
 161         pgtable_free_tlb(tlb, pgtable_free_cache(hugepte, HUGEPTE_CACHE_NUM,
 162                                                  PGF_CACHENUM_MASK));
 163 }
 164
 165 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
 166 static void hugetlb_free_pmd_range(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud,
 167                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 168                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 169 {
 170         pmd_t *pmd;
 171         unsigned long next;
 172         unsigned long start;
 173
 174         start = addr;
 175         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 176         do {
 177                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 178                 if (pmd_none(*pmd))
 179                         continue;
 180                 free_hugepte_range(tlb, (hugepd_t *)pmd);
 181         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 182
 183         start &= PUD_MASK;
 184         if (start < floor)
 185                 return;
 186         if (ceiling) {
 187                 ceiling &= PUD_MASK;
 188                 if (!ceiling)
 189                         return;
 190         }
 191         if (end - 1 > ceiling - 1)
 192                 return;
 193
 194         pmd = pmd_offset(pud, start);
 195         pud_clear(pud);
 196         pmd_free_tlb(tlb, pmd);
 197 }
 198 #endif
 199
 200 static void hugetlb_free_pud_range(struct mmu_gather *tlb, pgd_t *pgd,
 201                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 202                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 203 {
 204         pud_t *pud;
 205         unsigned long next;
 206         unsigned long start;
 207
 208         start = addr;
 209         pud = pud_offset(pgd, addr);
 210         do {
 211                 next = pud_addr_end(addr, end);
 212 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
 213                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 214                         continue;
 215                 hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor, ceiling);
 216 #else
 217                 if (pud_none(*pud))
 218                         continue;
 219                 free_hugepte_range(tlb, (hugepd_t *)pud);
 220 #endif
 221         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 222
 223         start &= PGDIR_MASK;
 224         if (start < floor)
 225                 return;
 226         if (ceiling) {
 227                 ceiling &= PGDIR_MASK;
 228                 if (!ceiling)
 229                         return;
 230         }
 231         if (end - 1 > ceiling - 1)
 232                 return;
 233
 234         pud = pud_offset(pgd, start);
 235         pgd_clear(pgd);
 236         pud_free_tlb(tlb, pud);
 237 }
 238
 239 /*
 240  * This function frees user-level page tables of a process.
 241  *
 242  * Must be called with pagetable lock held.
 243  */
 244 void hugetlb_free_pgd_range(struct mmu_gather **tlb,
 245                             unsigned long addr, unsigned long end,
 246                             unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 247 {
 248         pgd_t *pgd;
 249         unsigned long next;
 250         unsigned long start;
 251
 252         /*
 253          * Comments below take from the normal free_pgd_range().  They
 254          * apply here too.  The tests against HUGEPD_MASK below are
 255          * essential, because we *don't* test for this at the bottom
 256          * level.  Without them we'll attempt to free a hugepte table
 257          * when we unmap just part of it, even if there are other
 258          * active mappings using it.
 259          *
 260          * The next few lines have given us lots of grief...
 261          *
 262          * Why are we testing HUGEPD* at this top level?  Because
 263          * often there will be no work to do at all, and we'd prefer
 264          * not to go all the way down to the bottom just to discover
 265          * that.
 266          *
 267          * Why all these "- 1"s?  Because 0 represents both the bottom
 268          * of the address space and the top of it (using -1 for the
 269          * top wouldn't help much: the masks would do the wrong thing).
 270          * The rule is that addr 0 and floor 0 refer to the bottom of
 271          * the address space, but end 0 and ceiling 0 refer to the top
 272          * Comparisons need to use "end - 1" and "ceiling - 1" (though
 273          * that end 0 case should be mythical).
 274          *
 275          * Wherever addr is brought up or ceiling brought down, we
 276          * must be careful to reject "the opposite 0" before it
 277          * confuses the subsequent tests.  But what about where end is
 278          * brought down by HUGEPD_SIZE below? no, end can't go down to
 279          * 0 there.
 280          *
 281          * Whereas we round start (addr) and ceiling down, by different
 282          * masks at different levels, in order to test whether a table
 283          * now has no other vmas using it, so can be freed, we don't
 284          * bother to round floor or end up - the tests don't need that.
 285          */
 286
 287         addr &= HUGEPD_MASK;
 288         if (addr < floor) {
 289                 addr += HUGEPD_SIZE;
 290                 if (!addr)
 291                         return;
 292         }
 293         if (ceiling) {
 294                 ceiling &= HUGEPD_MASK;
 295                 if (!ceiling)
 296                         return;
 297         }
 298         if (end - 1 > ceiling - 1)
 299                 end -= HUGEPD_SIZE;
 300         if (addr > end - 1)
 301                 return;
 302
 303         start = addr;
 304         pgd = pgd_offset((*tlb)->mm, addr);
 305         do {
 306                 BUG_ON(! in_hugepage_area((*tlb)->mm->context, addr));
 307                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 308                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 309                         continue;
 310                 hugetlb_free_pud_range(*tlb, pgd, addr, next, floor, ceiling);
 311         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 312 }
 313
 314 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 315                      pte_t *ptep, pte_t pte)
 316 {
 317         if (pte_present(*ptep)) {
 318                 /* We open-code pte_clear because we need to pass the right
 319                  * argument to hpte_update (huge / !huge)
 320                  */
 321                 unsigned long old = pte_update(ptep, ~0UL);
 322                 if (old & _PAGE_HASHPTE)
 323                         hpte_update(mm, addr & HPAGE_MASK, ptep, old, 1);
 324                 flush_tlb_pending();
 325         }
 326         *ptep = __pte(pte_val(pte) & ~_PAGE_HPTEFLAGS);
 327 }
 328
 329 pte_t huge_ptep_get_and_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
 330                               pte_t *ptep)
 331 {
 332         unsigned long old = pte_update(ptep, ~0UL);
 333
 334         if (old & _PAGE_HASHPTE)
 335                 hpte_update(mm, addr & HPAGE_MASK, ptep, old, 1);
 336         *ptep = __pte(0);
 337
 338         return __pte(old);
 339 }
 340
 341 struct slb_flush_info {
 342         struct mm_struct *mm;
 343         u16 newareas;
 344 };
 345
 346 static void flush_low_segments(void *parm)
 347 {
 348         struct slb_flush_info *fi = parm;
 349         unsigned long i;
 350
 351         BUILD_BUG_ON((sizeof(fi->newareas)*8) != NUM_LOW_AREAS);
 352
 353         if (current->active_mm != fi->mm)
 354                 return;
 355
 356         /* Only need to do anything if this CPU is working in the same
 357          * mm as the one which has changed */
 358
 359         /* update the paca copy of the context struct */
 360         get_paca()->context = current->active_mm->context;
 361
 362         asm volatile("isync" : : : "memory");
 363         for (i = 0; i < NUM_LOW_AREAS; i++) {
 364                 if (! (fi->newareas & (1U << i)))
 365                         continue;
 366                 asm volatile("slbie %0"
 367                              : : "r" ((i << SID_SHIFT) | SLBIE_C));
 368         }
 369         asm volatile("isync" : : : "memory");
 370 }
 371
 372 static void flush_high_segments(void *parm)
 373 {
 374         struct slb_flush_info *fi = parm;
 375         unsigned long i, j;
 376
 377
 378         BUILD_BUG_ON((sizeof(fi->newareas)*8) != NUM_HIGH_AREAS);
 379
 380         if (current->active_mm != fi->mm)
 381                 return;
 382
 383         /* Only need to do anything if this CPU is working in the same
 384          * mm as the one which has changed */
 385
 386         /* update the paca copy of the context struct */
 387         get_paca()->context = current->active_mm->context;
 388
 389         asm volatile("isync" : : : "memory");
 390         for (i = 0; i < NUM_HIGH_AREAS; i++) {
 391                 if (! (fi->newareas & (1U << i)))
 392                         continue;
 393                 for (j = 0; j < (1UL << (HTLB_AREA_SHIFT-SID_SHIFT)); j++)
 394                         asm volatile("slbie %0"
 395                                      :: "r" (((i << HTLB_AREA_SHIFT)
 396                                               + (j << SID_SHIFT)) | SLBIE_C));
 397         }
 398         asm volatile("isync" : : : "memory");
 399 }
 400
 401 static int prepare_low_area_for_htlb(struct mm_struct *mm, unsigned long area)
 402 {
 403         unsigned long start = area << SID_SHIFT;
 404         unsigned long end = (area+1) << SID_SHIFT;
 405         struct vm_area_struct *vma;
 406
 407         BUG_ON(area >= NUM_LOW_AREAS);
 408
 409         /* Check no VMAs are in the region */
 410         vma = find_vma(mm, start);
 411         if (vma && (vma->vm_start < end))
 412                 return -EBUSY;
 413
 414         return 0;
 415 }
 416
 417 static int prepare_high_area_for_htlb(struct mm_struct *mm, unsigned long area)
 418 {
 419         unsigned long start = area << HTLB_AREA_SHIFT;
 420         unsigned long end = (area+1) << HTLB_AREA_SHIFT;
 421         struct vm_area_struct *vma;
 422
 423         BUG_ON(area >= NUM_HIGH_AREAS);
 424
 425         /* Hack, so that each addresses is controlled by exactly one
 426          * of the high or low area bitmaps, the first high area starts
 427          * at 4GB, not 0 */
 428         if (start == 0)
 429                 start = 0x100000000UL;
 430
 431         /* Check no VMAs are in the region */
 432         vma = find_vma(mm, start);
 433         if (vma && (vma->vm_start < end))
 434                 return -EBUSY;
 435
 436         return 0;
 437 }
 438
 439 static int open_low_hpage_areas(struct mm_struct *mm, u16 newareas)
 440 {
 441         unsigned long i;
 442         struct slb_flush_info fi;
 443
 444         BUILD_BUG_ON((sizeof(newareas)*8) != NUM_LOW_AREAS);
 445         BUILD_BUG_ON((sizeof(mm->context.low_htlb_areas)*8) != NUM_LOW_AREAS);
 446
 447         newareas &= ~(mm->context.low_htlb_areas);
 448         if (! newareas)
 449                 return 0; /* The segments we want are already open */
 450
 451         for (i = 0; i < NUM_LOW_AREAS; i++)
 452                 if ((1 << i) & newareas)
 453                         if (prepare_low_area_for_htlb(mm, i) != 0)
 454                                 return -EBUSY;
 455
 456         mm->context.low_htlb_areas |= newareas;
 457
 458         /* the context change must make it to memory before the flush,
 459          * so that further SLB misses do the right thing. */
 460         mb();
 461
 462         fi.mm = mm;
 463         fi.newareas = newareas;
 464         on_each_cpu(flush_low_segments, &fi, 0, 1);
 465
 466         return 0;
 467 }
 468
 469 static int open_high_hpage_areas(struct mm_struct *mm, u16 newareas)
 470 {
 471         struct slb_flush_info fi;
 472         unsigned long i;
 473
 474         BUILD_BUG_ON((sizeof(newareas)*8) != NUM_HIGH_AREAS);
 475         BUILD_BUG_ON((sizeof(mm->context.high_htlb_areas)*8)
 476                      != NUM_HIGH_AREAS);
 477
 478         newareas &= ~(mm->context.high_htlb_areas);
 479         if (! newareas)
 480                 return 0; /* The areas we want are already open */
 481
 482         for (i = 0; i < NUM_HIGH_AREAS; i++)
 483                 if ((1 << i) & newareas)
 484                         if (prepare_high_area_for_htlb(mm, i) != 0)
 485                                 return -EBUSY;
 486
 487         mm->context.high_htlb_areas |= newareas;
 488
 489         /* the context change must make it to memory before the flush,
 490          * so that further SLB misses do the right thing. */
 491         mb();
 492
 493         fi.mm = mm;
 494         fi.newareas = newareas;
 495         on_each_cpu(flush_high_segments, &fi, 0, 1);
 496
 497         return 0;
 498 }
 499
 500 int prepare_hugepage_range(unsigned long addr, unsigned long len, pgoff_t pgoff)
 501 {
 502         int err = 0;
 503
 504         if (pgoff & (~HPAGE_MASK >> PAGE_SHIFT))
 505                 return -EINVAL;
 506         if (len & ~HPAGE_MASK)
 507                 return -EINVAL;
 508         if (addr & ~HPAGE_MASK)
 509                 return -EINVAL;
 510
 511         if (addr < 0x100000000UL)
 512                 err = open_low_hpage_areas(current->mm,
 513                                           LOW_ESID_MASK(addr, len));
 514         if ((addr + len) > 0x100000000UL)
 515                 err = open_high_hpage_areas(current->mm,
 516                                             HTLB_AREA_MASK(addr, len));
 517 #ifdef CONFIG_SPE_BASE
 518         spu_flush_all_slbs(current->mm);
 519 #endif
 520         if (err) {
 521                 printk(KERN_DEBUG "prepare_hugepage_range(%lx, %lx)"
 522                        " failed (lowmask: 0x%04hx, highmask: 0x%04hx)\n",
 523                        addr, len,
 524                        LOW_ESID_MASK(addr, len), HTLB_AREA_MASK(addr, len));
 525                 return err;
 526         }
 527
 528         return 0;
 529 }
 530
 531 struct page *
 532 follow_huge_addr(struct mm_struct *mm, unsigned long address, int write)
 533 {
 534         pte_t *ptep;
 535         struct page *page;
 536
 537         if (! in_hugepage_area(mm->context, address))
 538                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 539
 540         ptep = huge_pte_offset(mm, address);
 541         page = pte_page(*ptep);
 542         if (page)
 543                 page += (address % HPAGE_SIZE) / PAGE_SIZE;
 544
 545         return page;
 546 }
 547
 548 int pmd_huge(pmd_t pmd)
 549 {
 550         return 0;
 551 }
 552
 553 struct page *
 554 follow_huge_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 555                 pmd_t *pmd, int write)
 556 {
 557         BUG();
 558         return NULL;
 559 }
 560
 561 /* Because we have an exclusive hugepage region which lies within the
 562  * normal user address space, we have to take special measures to make
 563  * non-huge mmap()s evade the hugepage reserved regions. */
 564 unsigned long arch_get_unmapped_area(struct file *filp, unsigned long addr,
 565                                      unsigned long len, unsigned long pgoff,
 566                                      unsigned long flags)
 567 {
 568         struct mm_struct *mm = current->mm;
 569         struct vm_area_struct *vma;
 570         unsigned long start_addr;
 571
 572         if (len > TASK_SIZE)
 573                 return -ENOMEM;
 574
 575         if (addr) {
 576                 addr = PAGE_ALIGN(addr);
 577                 vma = find_vma(mm, addr);
 578                 if (((TASK_SIZE - len) >= addr)
 579                     && (!vma || (addr+len) <= vma->vm_start)
 580                     && !is_hugepage_only_range(mm, addr,len))
 581                         return addr;
 582         }
 583         if (len > mm->cached_hole_size) {
 584                 start_addr = addr = mm->free_area_cache;
 585         } else {
 586                 start_addr = addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
 587                 mm->cached_hole_size = 0;
 588         }
 589
 590 full_search:
 591         vma = find_vma(mm, addr);
 592         while (TASK_SIZE - len >= addr) {
 593                 BUG_ON(vma && (addr >= vma->vm_end));
 594
 595                 if (touches_hugepage_low_range(mm, addr, len)) {
 596                         addr = ALIGN(addr+1, 1<<SID_SHIFT);
 597                         vma = find_vma(mm, addr);
 598                         continue;
 599                 }
 600                 if (touches_hugepage_high_range(mm, addr, len)) {
 601                         addr = ALIGN(addr+1, 1UL<<HTLB_AREA_SHIFT);
 602                         vma = find_vma(mm, addr);
 603                         continue;
 604                 }
 605                 if (!vma || addr + len <= vma->vm_start) {
 606                         /*
 607                          * Remember the place where we stopped the search:
 608                          */
 609                         mm->free_area_cache = addr + len;
 610                         return addr;
 611                 }
 612                 if (addr + mm->cached_hole_size < vma->vm_start)
 613                         mm->cached_hole_size = vma->vm_start - addr;
 614                 addr = vma->vm_end;
 615                 vma = vma->vm_next;
 616         }
 617
 618         /* Make sure we didn't miss any holes */
 619         if (start_addr != TASK_UNMAPPED_BASE) {
 620                 start_addr = addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
 621                 mm->cached_hole_size = 0;
 622                 goto full_search;
 623         }
 624         return -ENOMEM;
 625 }
 626
 627 /*
 628  * This mmap-allocator allocates new areas top-down from below the
 629  * stack's low limit (the base):
 630  *
 631  * Because we have an exclusive hugepage region which lies within the
 632  * normal user address space, we have to take special measures to make
 633  * non-huge mmap()s evade the hugepage reserved regions.
 634  */
 635 unsigned long
 636 arch_get_unmapped_area_topdown(struct file *filp, const unsigned long addr0,
 637                           const unsigned long len, const unsigned long pgoff,
 638                           const unsigned long flags)
 639 {
 640         struct vm_area_struct *vma, *prev_vma;
 641         struct mm_struct *mm = current->mm;
 642         unsigned long base = mm->mmap_base, addr = addr0;
 643         unsigned long largest_hole = mm->cached_hole_size;
 644         int first_time = 1;
 645
 646         /* requested length too big for entire address space */
 647         if (len > TASK_SIZE)
 648                 return -ENOMEM;
 649
 650         /* dont allow allocations above current base */
 651         if (mm->free_area_cache > base)
 652                 mm->free_area_cache = base;
 653
 654         /* requesting a specific address */
 655         if (addr) {
 656                 addr = PAGE_ALIGN(addr);
 657                 vma = find_vma(mm, addr);
 658                 if (TASK_SIZE - len >= addr &&
 659                                 (!vma || addr + len <= vma->vm_start)
 660                                 && !is_hugepage_only_range(mm, addr,len))
 661                         return addr;
 662         }
 663
 664         if (len <= largest_hole) {
 665                 largest_hole = 0;
 666                 mm->free_area_cache = base;
 667         }
 668 try_again:
 669         /* make sure it can fit in the remaining address space */
 670         if (mm->free_area_cache < len)
 671                 goto fail;
 672
 673         /* either no address requested or cant fit in requested address hole */
 674         addr = (mm->free_area_cache - len) & PAGE_MASK;
 675         do {
 676 hugepage_recheck:
 677                 if (touches_hugepage_low_range(mm, addr, len)) {
 678                         addr = (addr & ((~0) << SID_SHIFT)) - len;
 679                         goto hugepage_recheck;
 680                 } else if (touches_hugepage_high_range(mm, addr, len)) {
 681                         addr = (addr & ((~0UL) << HTLB_AREA_SHIFT)) - len;
 682                         goto hugepage_recheck;
 683                 }
 684
 685                 /*
 686                  * Lookup failure means no vma is above this address,
 687                  * i.e. return with success:
 688                  */
 689                 if (!(vma = find_vma_prev(mm, addr, &prev_vma)))
 690                         return addr;
 691
 692                 /*
 693                  * new region fits between prev_vma->vm_end and
 694                  * vma->vm_start, use it:
 695                  */
 696                 if (addr+len <= vma->vm_start &&
 697                           (!prev_vma || (addr >= prev_vma->vm_end))) {
 698                         /* remember the address as a hint for next time */
 699                         mm->cached_hole_size = largest_hole;
 700                         return (mm->free_area_cache = addr);
 701                 } else {
 702                         /* pull free_area_cache down to the first hole */
 703                         if (mm->free_area_cache == vma->vm_end) {
 704                                 mm->free_area_cache = vma->vm_start;
 705                                 mm->cached_hole_size = largest_hole;
 706                         }
 707                 }
 708
 709                 /* remember the largest hole we saw so far */
 710                 if (addr + largest_hole < vma->vm_start)
 711                         largest_hole = vma->vm_start - addr;
 712
 713                 /* try just below the current vma->vm_start */
 714                 addr = vma->vm_start-len;
 715         } while (len <= vma->vm_start);
 716
 717 fail:
 718         /*
 719          * if hint left us with no space for the requested
 720          * mapping then try again:
 721          */
 722         if (first_time) {
 723                 mm->free_area_cache = base;
 724                 largest_hole = 0;
 725                 first_time = 0;
 726                 goto try_again;
 727         }
 728         /*
 729          * A failed mmap() very likely causes application failure,
 730          * so fall back to the bottom-up function here. This scenario
 731          * can happen with large stack limits and large mmap()
 732          * allocations.
 733          */
 734         mm->free_area_cache = TASK_UNMAPPED_BASE;
 735         mm->cached_hole_size = ~0UL;
 736         addr = arch_get_unmapped_area(filp, addr0, len, pgoff, flags);
 737         /*
 738          * Restore the topdown base:
 739          */
 740         mm->free_area_cache = base;
 741         mm->cached_hole_size = ~0UL;
 742
 743         return addr;
 744 }
 745
 746 static int htlb_check_hinted_area(unsigned long addr, unsigned long len)
 747 {
 748         struct vm_area_struct *vma;
 749
 750         vma = find_vma(current->mm, addr);
 751         if (TASK_SIZE - len >= addr &&
 752             (!vma || ((addr + len) <= vma->vm_start)))
 753                 return 0;
 754
 755         return -ENOMEM;
 756 }
 757
 758 static unsigned long htlb_get_low_area(unsigned long len, u16 segmask)
 759 {
 760         unsigned long addr = 0;
 761         struct vm_area_struct *vma;
 762
 763         vma = find_vma(current->mm, addr);
 764         while (addr + len <= 0x100000000UL) {
 765                 BUG_ON(vma && (addr >= vma->vm_end)); /* invariant */
 766
 767                 if (! __within_hugepage_low_range(addr, len, segmask)) {
 768                         addr = ALIGN(addr+1, 1<<SID_SHIFT);
 769                         vma = find_vma(current->mm, addr);
 770                         continue;
 771                 }
 772
 773                 if (!vma || (addr + len) <= vma->vm_start)
 774                         return addr;
 775                 addr = ALIGN(vma->vm_end, HPAGE_SIZE);
 776                 /* Depending on segmask this might not be a confirmed
 777                  * hugepage region, so the ALIGN could have skipped
 778                  * some VMAs */
 779                 vma = find_vma(current->mm, addr);
 780         }
 781
 782         return -ENOMEM;
 783 }
 784
 785 static unsigned long htlb_get_high_area(unsigned long len, u16 areamask)
 786 {
 787         unsigned long addr = 0x100000000UL;
 788         struct vm_area_struct *vma;
 789
 790         vma = find_vma(current->mm, addr);
 791         while (addr + len <= TASK_SIZE_USER64) {
 792                 BUG_ON(vma && (addr >= vma->vm_end)); /* invariant */
 793
 794                 if (! __within_hugepage_high_range(addr, len, areamask)) {
 795                         addr = ALIGN(addr+1, 1UL<<HTLB_AREA_SHIFT);
 796                         vma = find_vma(current->mm, addr);
 797                         continue;
 798                 }
 799
 800                 if (!vma || (addr + len) <= vma->vm_start)
 801                         return addr;
 802                 addr = ALIGN(vma->vm_end, HPAGE_SIZE);
 803                 /* Depending on segmask this might not be a confirmed
 804                  * hugepage region, so the ALIGN could have skipped
 805                  * some VMAs */
 806                 vma = find_vma(current->mm, addr);
 807         }
 808
 809         return -ENOMEM;
 810 }
 811
 812 unsigned long hugetlb_get_unmapped_area(struct file *file, unsigned long addr,
 813                                         unsigned long len, unsigned long pgoff,
 814                                         unsigned long flags)
 815 {
 816         int lastshift;
 817         u16 areamask, curareas;
 818
 819         if (HPAGE_SHIFT == 0)
 820                 return -EINVAL;
 821         if (len & ~HPAGE_MASK)
 822                 return -EINVAL;
 823         if (len > TASK_SIZE)
 824                 return -ENOMEM;
 825
 826         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_16M_PAGE))
 827                 return -EINVAL;
 828
 829         /* Paranoia, caller should have dealt with this */
 830         BUG_ON((addr + len)  < addr);
 831
 832         if (test_thread_flag(TIF_32BIT)) {
 833                 curareas = current->mm->context.low_htlb_areas;
 834
 835                 /* First see if we can use the hint address */
 836                 if (addr && (htlb_check_hinted_area(addr, len) == 0)) {
 837                         areamask = LOW_ESID_MASK(addr, len);
 838                         if (open_low_hpage_areas(current->mm, areamask) == 0)
 839                                 return addr;
 840                 }
 841
 842                 /* Next see if we can map in the existing low areas */
 843                 addr = htlb_get_low_area(len, curareas);
 844                 if (addr != -ENOMEM)
 845                         return addr;
 846
 847                 /* Finally go looking for areas to open */
 848                 lastshift = 0;
 849                 for (areamask = LOW_ESID_MASK(0x100000000UL-len, len);
 850                      ! lastshift; areamask >>=1) {
 851                         if (areamask & 1)
 852                                 lastshift = 1;
 853
 854                         addr = htlb_get_low_area(len, curareas | areamask);
 855                         if ((addr != -ENOMEM)
 856                             && open_low_hpage_areas(current->mm, areamask) == 0)
 857                                 return addr;
 858                 }
 859         } else {
 860                 curareas = current->mm->context.high_htlb_areas;
 861
 862                 /* First see if we can use the hint address */
 863                 /* We discourage 64-bit processes from doing hugepage
 864                  * mappings below 4GB (must use MAP_FIXED) */
 865                 if ((addr >= 0x100000000UL)
 866                     && (htlb_check_hinted_area(addr, len) == 0)) {
 867                         areamask = HTLB_AREA_MASK(addr, len);
 868                         if (open_high_hpage_areas(current->mm, areamask) == 0)
 869                                 return addr;
 870                 }
 871
 872                 /* Next see if we can map in the existing high areas */
 873                 addr = htlb_get_high_area(len, curareas);
 874                 if (addr != -ENOMEM)
 875                         return addr;
 876
 877                 /* Finally go looking for areas to open */
 878                 lastshift = 0;
 879                 for (areamask = HTLB_AREA_MASK(TASK_SIZE_USER64-len, len);
 880                      ! lastshift; areamask >>=1) {
 881                         if (areamask & 1)
 882                                 lastshift = 1;
 883
 884                         addr = htlb_get_high_area(len, curareas | areamask);
 885                         if ((addr != -ENOMEM)
 886                             && open_high_hpage_areas(current->mm, areamask) == 0)
 887                                 return addr;
 888                 }
 889         }
 890         printk(KERN_DEBUG "hugetlb_get_unmapped_area() unable to open"
 891                " enough areas\n");
 892         return -ENOMEM;
 893 }
 894
 895 /*
 896  * Called by asm hashtable.S for doing lazy icache flush
 897  */
 898 static unsigned int hash_huge_page_do_lazy_icache(unsigned long rflags,
 899                                                   pte_t pte, int trap)
 900 {
 901         struct page *page;
 902         int i;
 903
 904         if (!pfn_valid(pte_pfn(pte)))
 905                 return rflags;
 906
 907         page = pte_page(pte);
 908
 909         /* page is dirty */
 910         if (!test_bit(PG_arch_1, &page->flags) && !PageReserved(page)) {
 911                 if (trap == 0x400) {
 912                         for (i = 0; i < (HPAGE_SIZE / PAGE_SIZE); i++)
 913                                 __flush_dcache_icache(page_address(page+i));
 914                         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);
 915                 } else {
 916                         rflags |= HPTE_R_N;
 917                 }
 918         }
 919         return rflags;
 920 }
 921
 922 int hash_huge_page(struct mm_struct *mm, unsigned long access,
 923                    unsigned long ea, unsigned long vsid, int local,
 924                    unsigned long trap)
 925 {
 926         pte_t *ptep;
 927         unsigned long old_pte, new_pte;
 928         unsigned long va, rflags, pa;
 929         long slot;
 930         int err = 1;
 931
 932         ptep = huge_pte_offset(mm, ea);
 933
 934         /* Search the Linux page table for a match with va */
 935         va = (vsid << 28) | (ea & 0x0fffffff);
 936
 937         /*
 938          * If no pte found or not present, send the problem up to
 939          * do_page_fault
 940          */
 941         if (unlikely(!ptep || pte_none(*ptep)))
 942                 goto out;
 943
 944         /*
 945          * Check the user's access rights to the page.  If access should be
 946          * prevented then send the problem up to do_page_fault.
 947          */
 948         if (unlikely(access & ~pte_val(*ptep)))
 949                 goto out;
 950         /*
 951          * At this point, we have a pte (old_pte) which can be used to build
 952          * or update an HPTE. There are 2 cases:
 953          *
 954          * 1. There is a valid (present) pte with no associated HPTE (this is
 955          *      the most common case)
 956          * 2. There is a valid (present) pte with an associated HPTE. The
 957          *      current values of the pp bits in the HPTE prevent access
 958          *      because we are doing software DIRTY bit management and the
 959          *      page is currently not DIRTY.
 960          */
 961
 962
 963         do {
 964                 old_pte = pte_val(*ptep);
 965                 if (old_pte & _PAGE_BUSY)
 966                         goto out;
 967                 new_pte = old_pte | _PAGE_BUSY |
 968                         _PAGE_ACCESSED | _PAGE_HASHPTE;
 969         } while(old_pte != __cmpxchg_u64((unsigned long *)ptep,
 970                                          old_pte, new_pte));
 971
 972         rflags = 0x2 | (!(new_pte & _PAGE_RW));
 973         /* _PAGE_EXEC -> HW_NO_EXEC since it's inverted */
 974         rflags |= ((new_pte & _PAGE_EXEC) ? 0 : HPTE_R_N);
 975         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
 976                 /* No CPU has hugepages but lacks no execute, so we
 977                  * don't need to worry about that case */
 978                 rflags = hash_huge_page_do_lazy_icache(rflags, __pte(old_pte),
 979                                                        trap);
 980
 981         /* Check if pte already has an hpte (case 2) */
 982         if (unlikely(old_pte & _PAGE_HASHPTE)) {
 983                 /* There MIGHT be an HPTE for this pte */
 984                 unsigned long hash, slot;
 985
 986                 hash = hpt_hash(va, HPAGE_SHIFT);
 987                 if (old_pte & _PAGE_F_SECOND)
 988                         hash = ~hash;
 989                 slot = (hash & htab_hash_mask) * HPTES_PER_GROUP;
 990                 slot += (old_pte & _PAGE_F_GIX) >> 12;
 991
 992                 if (ppc_md.hpte_updatepp(slot, rflags, va, mmu_huge_psize,
 993                                          local) == -1)
 994                         old_pte &= ~_PAGE_HPTEFLAGS;
 995         }
 996
 997         if (likely(!(old_pte & _PAGE_HASHPTE))) {
 998                 unsigned long hash = hpt_hash(va, HPAGE_SHIFT);
 999                 unsigned long hpte_group;
1000
1001                 pa = pte_pfn(__pte(old_pte)) << PAGE_SHIFT;
1002
1003 repeat:
1004                 hpte_group = ((hash & htab_hash_mask) *
1005                               HPTES_PER_GROUP) & ~0x7UL;
1006
1007                 /* clear HPTE slot informations in new PTE */
1008                 new_pte = (new_pte & ~_PAGE_HPTEFLAGS) | _PAGE_HASHPTE;
1009
1010                 /* Add in WIMG bits */
1011                 /* XXX We should store these in the pte */
1012                 /* --BenH: I think they are ... */
1013                 rflags |= _PAGE_COHERENT;
1014
1015                 /* Insert into the hash table, primary slot */
1016                 slot = ppc_md.hpte_insert(hpte_group, va, pa, rflags, 0,
1017                                           mmu_huge_psize);
1018
1019                 /* Primary is full, try the secondary */
1020                 if (unlikely(slot == -1)) {
1021                         hpte_group = ((~hash & htab_hash_mask) *
1022                                       HPTES_PER_GROUP) & ~0x7UL;
1023                         slot = ppc_md.hpte_insert(hpte_group, va, pa, rflags,
1024                                                   HPTE_V_SECONDARY,
1025                                                   mmu_huge_psize);
1026                         if (slot == -1) {
1027                                 if (mftb() & 0x1)
1028                                         hpte_group = ((hash & htab_hash_mask) *
1029                                                       HPTES_PER_GROUP)&~0x7UL;
1030
1031                                 ppc_md.hpte_remove(hpte_group);
1032                                 goto repeat;
1033                         }
1034                 }
1035
1036                 if (unlikely(slot == -2))
1037                         panic("hash_huge_page: pte_insert failed\n");
1038
1039                 new_pte |= (slot << 12) & (_PAGE_F_SECOND | _PAGE_F_GIX);
1040         }
1041
1042         /*
1043          * No need to use ldarx/stdcx here
1044          */
1045         *ptep = __pte(new_pte & ~_PAGE_BUSY);
1046
1047         err = 0;
1048
1049  out:
1050         return err;
1051 }
1052
1053 static void zero_ctor(void *addr, struct kmem_cache *cache, unsigned long flags)
1054 {
1055         memset(addr, 0, kmem_cache_size(cache));
1056 }
1057
1058 static int __init hugetlbpage_init(void)
1059 {
1060         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_16M_PAGE))
1061                 return -ENODEV;
1062
1063         huge_pgtable_cache = kmem_cache_create("hugepte_cache",
1064                                                HUGEPTE_TABLE_SIZE,
1065                                                HUGEPTE_TABLE_SIZE,
1066                                                SLAB_HWCACHE_ALIGN |
1067                                                SLAB_MUST_HWCACHE_ALIGN,
1068                                                zero_ctor, NULL);
1069         if (! huge_pgtable_cache)
1070                 panic("hugetlbpage_init(): could not create hugepte cache\n");
1071
1072         return 0;
1073 }
1074
1075 module_init(hugetlbpage_init);