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