arch/powerpc/mm/mmu_context_nohash.c

   1 /*
   2  * This file contains the routines for handling the MMU on those
   3  * PowerPC implementations where the MMU is not using the hash
   4  * table, such as 8xx, 4xx, BookE's etc...
   5  *
   6  * Copyright 2008 Ben Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
   7  *                IBM Corp.
   8  *
   9  *  Derived from previous arch/powerpc/mm/mmu_context.c
  10  *  and arch/powerpc/include/asm/mmu_context.h
  11  *
  12  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  13  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  14  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  15  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * TODO:
  18  *
  19  *   - The global context lock will not scale very well
  20  *   - The maps should be dynamically allocated to allow for processors
  21  *     that support more PID bits at runtime
  22  *   - Implement flush_tlb_mm() by making the context stale and picking
  23  *     a new one
  24  *   - More aggressively clear stale map bits and maybe find some way to
  25  *     also clear mm->cpu_vm_mask bits when processes are migrated
  26  */
  27
  28 //#define DEBUG_MAP_CONSISTENCY
  29 //#define DEBUG_CLAMP_LAST_CONTEXT   31
  30 //#define DEBUG_HARDER
  31
  32 /* We don't use DEBUG because it tends to be compiled in always nowadays
  33  * and this would generate way too much output
  34  */
  35 #ifdef DEBUG_HARDER
  36 #define pr_hard(args...)        printk(KERN_DEBUG args)
  37 #define pr_hardcont(args...)    printk(KERN_CONT args)
  38 #else
  39 #define pr_hard(args...)        do { } while(0)
  40 #define pr_hardcont(args...)    do { } while(0)
  41 #endif
  42
  43 #include <linux/kernel.h>
  44 #include <linux/mm.h>
  45 #include <linux/init.h>
  46 #include <linux/spinlock.h>
  47 #include <linux/bootmem.h>
  48 #include <linux/notifier.h>
  49 #include <linux/cpu.h>
  50 #include <linux/slab.h>
  51
  52 #include <asm/mmu_context.h>
  53 #include <asm/tlbflush.h>
  54
  55 static unsigned int first_context, last_context;
  56 static unsigned int next_context, nr_free_contexts;
  57 static unsigned long *context_map;
  58 static unsigned long *stale_map[NR_CPUS];
  59 static struct mm_struct **context_mm;
  60 static DEFINE_RAW_SPINLOCK(context_lock);
  61
  62 #define CTX_MAP_SIZE    \
  63         (sizeof(unsigned long) * (last_context / BITS_PER_LONG + 1))
  64
  65
  66 /* Steal a context from a task that has one at the moment.
  67  *
  68  * This is used when we are running out of available PID numbers
  69  * on the processors.
  70  *
  71  * This isn't an LRU system, it just frees up each context in
  72  * turn (sort-of pseudo-random replacement :).  This would be the
  73  * place to implement an LRU scheme if anyone was motivated to do it.
  74  *  -- paulus
  75  *
  76  * For context stealing, we use a slightly different approach for
  77  * SMP and UP. Basically, the UP one is simpler and doesn't use
  78  * the stale map as we can just flush the local CPU
  79  *  -- benh
  80  */
  81 #ifdef CONFIG_SMP
  82 static unsigned int steal_context_smp(unsigned int id)
  83 {
  84         struct mm_struct *mm;
  85         unsigned int cpu, max, i;
  86
  87         max = last_context - first_context;
  88
  89         /* Attempt to free next_context first and then loop until we manage */
  90         while (max--) {
  91                 /* Pick up the victim mm */
  92                 mm = context_mm[id];
  93
  94                 /* We have a candidate victim, check if it's active, on SMP
  95                  * we cannot steal active contexts
  96                  */
  97                 if (mm->context.active) {
  98                         id++;
  99                         if (id > last_context)
 100                                 id = first_context;
 101                         continue;
 102                 }
 103                 pr_hardcont(" | steal %d from 0x%p", id, mm);
 104
 105                 /* Mark this mm has having no context anymore */
 106                 mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 107
 108                 /* Mark it stale on all CPUs that used this mm. For threaded
 109                  * implementations, we set it on all threads on each core
 110                  * represented in the mask. A future implementation will use
 111                  * a core map instead but this will do for now.
 112                  */
 113                 for_each_cpu(cpu, mm_cpumask(mm)) {
 114                         for (i = cpu_first_thread_in_core(cpu);
 115                              i <= cpu_last_thread_in_core(cpu); i++)
 116                                 __set_bit(id, stale_map[i]);
 117                         cpu = i - 1;
 118                 }
 119                 return id;
 120         }
 121
 122         /* This will happen if you have more CPUs than available contexts,
 123          * all we can do here is wait a bit and try again
 124          */
 125         raw_spin_unlock(&context_lock);
 126         cpu_relax();
 127         raw_spin_lock(&context_lock);
 128
 129         /* This will cause the caller to try again */
 130         return MMU_NO_CONTEXT;
 131 }
 132 #endif  /* CONFIG_SMP */
 133
 134 /* Note that this will also be called on SMP if all other CPUs are
 135  * offlined, which means that it may be called for cpu != 0. For
 136  * this to work, we somewhat assume that CPUs that are onlined
 137  * come up with a fully clean TLB (or are cleaned when offlined)
 138  */
 139 static unsigned int steal_context_up(unsigned int id)
 140 {
 141         struct mm_struct *mm;
 142         int cpu = smp_processor_id();
 143
 144         /* Pick up the victim mm */
 145         mm = context_mm[id];
 146
 147         pr_hardcont(" | steal %d from 0x%p", id, mm);
 148
 149         /* Flush the TLB for that context */
 150         local_flush_tlb_mm(mm);
 151
 152         /* Mark this mm has having no context anymore */
 153         mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 154
 155         /* XXX This clear should ultimately be part of local_flush_tlb_mm */
 156         __clear_bit(id, stale_map[cpu]);
 157
 158         return id;
 159 }
 160
 161 #ifdef DEBUG_MAP_CONSISTENCY
 162 static void context_check_map(void)
 163 {
 164         unsigned int id, nrf, nact;
 165
 166         nrf = nact = 0;
 167         for (id = first_context; id <= last_context; id++) {
 168                 int used = test_bit(id, context_map);
 169                 if (!used)
 170                         nrf++;
 171                 if (used != (context_mm[id] != NULL))
 172                         pr_err("MMU: Context %d is %s and MM is %p !\n",
 173                                id, used ? "used" : "free", context_mm[id]);
 174                 if (context_mm[id] != NULL)
 175                         nact += context_mm[id]->context.active;
 176         }
 177         if (nrf != nr_free_contexts) {
 178                 pr_err("MMU: Free context count out of sync ! (%d vs %d)\n",
 179                        nr_free_contexts, nrf);
 180                 nr_free_contexts = nrf;
 181         }
 182         if (nact > num_online_cpus())
 183                 pr_err("MMU: More active contexts than CPUs ! (%d vs %d)\n",
 184                        nact, num_online_cpus());
 185         if (first_context > 0 && !test_bit(0, context_map))
 186                 pr_err("MMU: Context 0 has been freed !!!\n");
 187 }
 188 #else
 189 static void context_check_map(void) { }
 190 #endif
 191
 192 void switch_mmu_context(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
 193 {
 194         unsigned int i, id, cpu = smp_processor_id();
 195         unsigned long *map;
 196
 197         /* No lockless fast path .. yet */
 198         raw_spin_lock(&context_lock);
 199
 200         pr_hard("[%d] activating context for mm @%p, active=%d, id=%d",
 201                 cpu, next, next->context.active, next->context.id);
 202
 203 #ifdef CONFIG_SMP
 204         /* Mark us active and the previous one not anymore */
 205         next->context.active++;
 206         if (prev) {
 207                 pr_hardcont(" (old=0x%p a=%d)", prev, prev->context.active);
 208                 WARN_ON(prev->context.active < 1);
 209                 prev->context.active--;
 210         }
 211
 212  again:
 213 #endif /* CONFIG_SMP */
 214
 215         /* If we already have a valid assigned context, skip all that */
 216         id = next->context.id;
 217         if (likely(id != MMU_NO_CONTEXT)) {
 218 #ifdef DEBUG_MAP_CONSISTENCY
 219                 if (context_mm[id] != next)
 220                         pr_err("MMU: mm 0x%p has id %d but context_mm[%d] says 0x%p\n",
 221                                next, id, id, context_mm[id]);
 222 #endif
 223                 goto ctxt_ok;
 224         }
 225
 226         /* We really don't have a context, let's try to acquire one */
 227         id = next_context;
 228         if (id > last_context)
 229                 id = first_context;
 230         map = context_map;
 231
 232         /* No more free contexts, let's try to steal one */
 233         if (nr_free_contexts == 0) {
 234 #ifdef CONFIG_SMP
 235                 if (num_online_cpus() > 1) {
 236                         id = steal_context_smp(id);
 237                         if (id == MMU_NO_CONTEXT)
 238                                 goto again;
 239                         goto stolen;
 240                 }
 241 #endif /* CONFIG_SMP */
 242                 id = steal_context_up(id);
 243                 goto stolen;
 244         }
 245         nr_free_contexts--;
 246
 247         /* We know there's at least one free context, try to find it */
 248         while (__test_and_set_bit(id, map)) {
 249                 id = find_next_zero_bit(map, last_context+1, id);
 250                 if (id > last_context)
 251                         id = first_context;
 252         }
 253  stolen:
 254         next_context = id + 1;
 255         context_mm[id] = next;
 256         next->context.id = id;
 257         pr_hardcont(" | new id=%d,nrf=%d", id, nr_free_contexts);
 258
 259         context_check_map();
 260  ctxt_ok:
 261
 262         /* If that context got marked stale on this CPU, then flush the
 263          * local TLB for it and unmark it before we use it
 264          */
 265         if (test_bit(id, stale_map[cpu])) {
 266                 pr_hardcont(" | stale flush %d [%d..%d]",
 267                             id, cpu_first_thread_in_core(cpu),
 268                             cpu_last_thread_in_core(cpu));
 269
 270                 local_flush_tlb_mm(next);
 271
 272                 /* XXX This clear should ultimately be part of local_flush_tlb_mm */
 273                 for (i = cpu_first_thread_in_core(cpu);
 274                      i <= cpu_last_thread_in_core(cpu); i++) {
 275                         __clear_bit(id, stale_map[i]);
 276                 }
 277         }
 278
 279         /* Flick the MMU and release lock */
 280         pr_hardcont(" -> %d\n", id);
 281         set_context(id, next->pgd);
 282         raw_spin_unlock(&context_lock);
 283 }
 284
 285 /*
 286  * Set up the context for a new address space.
 287  */
 288 int init_new_context(struct task_struct *t, struct mm_struct *mm)
 289 {
 290         pr_hard("initing context for mm @%p\n", mm);
 291
 292         mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 293         mm->context.active = 0;
 294
 295         return 0;
 296 }
 297
 298 /*
 299  * We're finished using the context for an address space.
 300  */
 301 void destroy_context(struct mm_struct *mm)
 302 {
 303         unsigned long flags;
 304         unsigned int id;
 305
 306         if (mm->context.id == MMU_NO_CONTEXT)
 307                 return;
 308
 309         WARN_ON(mm->context.active != 0);
 310
 311         raw_spin_lock_irqsave(&context_lock, flags);
 312         id = mm->context.id;
 313         if (id != MMU_NO_CONTEXT) {
 314                 __clear_bit(id, context_map);
 315                 mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 316 #ifdef DEBUG_MAP_CONSISTENCY
 317                 mm->context.active = 0;
 318 #endif
 319                 context_mm[id] = NULL;
 320                 nr_free_contexts++;
 321         }
 322         raw_spin_unlock_irqrestore(&context_lock, flags);
 323 }
 324
 325 #ifdef CONFIG_SMP
 326
 327 static int __cpuinit mmu_context_cpu_notify(struct notifier_block *self,
 328                                             unsigned long action, void *hcpu)
 329 {
 330         unsigned int cpu = (unsigned int)(long)hcpu;
 331 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 332         struct task_struct *p;
 333 #endif
 334         /* We don't touch CPU 0 map, it's allocated at aboot and kept
 335          * around forever
 336          */
 337         if (cpu == 0)
 338                 return NOTIFY_OK;
 339
 340         switch (action) {
 341         case CPU_ONLINE:
 342         case CPU_ONLINE_FROZEN:
 343                 pr_devel("MMU: Allocating stale context map for CPU %d\n", cpu);
 344                 stale_map[cpu] = kzalloc(CTX_MAP_SIZE, GFP_KERNEL);
 345                 break;
 346 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 347         case CPU_DEAD:
 348         case CPU_DEAD_FROZEN:
 349                 pr_devel("MMU: Freeing stale context map for CPU %d\n", cpu);
 350                 kfree(stale_map[cpu]);
 351                 stale_map[cpu] = NULL;
 352
 353                 /* We also clear the cpu_vm_mask bits of CPUs going away */
 354                 read_lock(&tasklist_lock);
 355                 for_each_process(p) {
 356                         if (p->mm)
 357                                 cpumask_clear_cpu(cpu, mm_cpumask(p->mm));
 358                 }
 359                 read_unlock(&tasklist_lock);
 360         break;
 361 #endif /* CONFIG_HOTPLUG_CPU */
 362         }
 363         return NOTIFY_OK;
 364 }
 365
 366 static struct notifier_block __cpuinitdata mmu_context_cpu_nb = {
 367         .notifier_call  = mmu_context_cpu_notify,
 368 };
 369
 370 #endif /* CONFIG_SMP */
 371
 372 /*
 373  * Initialize the context management stuff.
 374  */
 375 void __init mmu_context_init(void)
 376 {
 377         /* Mark init_mm as being active on all possible CPUs since
 378          * we'll get called with prev == init_mm the first time
 379          * we schedule on a given CPU
 380          */
 381         init_mm.context.active = NR_CPUS;
 382
 383         /*
 384          *   The MPC8xx has only 16 contexts.  We rotate through them on each
 385          * task switch.  A better way would be to keep track of tasks that
 386          * own contexts, and implement an LRU usage.  That way very active
 387          * tasks don't always have to pay the TLB reload overhead.  The
 388          * kernel pages are mapped shared, so the kernel can run on behalf
 389          * of any task that makes a kernel entry.  Shared does not mean they
 390          * are not protected, just that the ASID comparison is not performed.
 391          *      -- Dan
 392          *
 393          * The IBM4xx has 256 contexts, so we can just rotate through these
 394          * as a way of "switching" contexts.  If the TID of the TLB is zero,
 395          * the PID/TID comparison is disabled, so we can use a TID of zero
 396          * to represent all kernel pages as shared among all contexts.
 397          *      -- Dan
 398          */
 399         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_TYPE_8xx)) {
 400                 first_context = 0;
 401                 last_context = 15;
 402         } else {
 403                 first_context = 1;
 404                 last_context = 255;
 405         }
 406
 407 #ifdef DEBUG_CLAMP_LAST_CONTEXT
 408         last_context = DEBUG_CLAMP_LAST_CONTEXT;
 409 #endif
 410         /*
 411          * Allocate the maps used by context management
 412          */
 413         context_map = alloc_bootmem(CTX_MAP_SIZE);
 414         context_mm = alloc_bootmem(sizeof(void *) * (last_context + 1));
 415         stale_map[0] = alloc_bootmem(CTX_MAP_SIZE);
 416
 417 #ifdef CONFIG_SMP
 418         register_cpu_notifier(&mmu_context_cpu_nb);
 419 #endif
 420
 421         printk(KERN_INFO
 422                "MMU: Allocated %zu bytes of context maps for %d contexts\n",
 423                2 * CTX_MAP_SIZE + (sizeof(void *) * (last_context + 1)),
 424                last_context - first_context + 1);
 425
 426         /*
 427          * Some processors have too few contexts to reserve one for
 428          * init_mm, and require using context 0 for a normal task.
 429          * Other processors reserve the use of context zero for the kernel.
 430          * This code assumes first_context < 32.
 431          */
 432         context_map[0] = (1 << first_context) - 1;
 433         next_context = first_context;
 434         nr_free_contexts = last_context - first_context + 1;
 435 }
 436