arch/x86/mm/init.c

   1 #include <linux/gfp.h>
   2 #include <linux/initrd.h>
   3 #include <linux/ioport.h>
   4 #include <linux/swap.h>
   5 #include <linux/memblock.h>
   6
   7 #include <asm/cacheflush.h>
   8 #include <asm/e820.h>
   9 #include <asm/init.h>
  10 #include <asm/page.h>
  11 #include <asm/page_types.h>
  12 #include <asm/sections.h>
  13 #include <asm/setup.h>
  14 #include <asm/system.h>
  15 #include <asm/tlbflush.h>
  16 #include <asm/tlb.h>
  17 #include <asm/proto.h>
  18
  19 unsigned long __initdata pgt_buf_start;
  20 unsigned long __meminitdata pgt_buf_end;
  21 unsigned long __meminitdata pgt_buf_top;
  22
  23 int after_bootmem;
  24
  25 int direct_gbpages
  26 #ifdef CONFIG_DIRECT_GBPAGES
  27                                 = 1
  28 #endif
  29 ;
  30
  31 struct map_range {
  32         unsigned long start;
  33         unsigned long end;
  34         unsigned page_size_mask;
  35 };
  36
  37 /*
  38  * First calculate space needed for kernel direct mapping page tables to cover
  39  * mr[0].start to mr[nr_range - 1].end, while accounting for possible 2M and 1GB
  40  * pages. Then find enough contiguous space for those page tables.
  41  */
  42 static void __init find_early_table_space(struct map_range *mr, int nr_range)
  43 {
  44         int i;
  45         unsigned long puds = 0, pmds = 0, ptes = 0, tables;
  46         unsigned long start = 0, good_end;
  47         unsigned long pgd_extra = 0;
  48         phys_addr_t base;
  49
  50         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
  51                 unsigned long range, extra;
  52
  53                 if ((mr[i].end >> PGDIR_SHIFT) - (mr[i].start >> PGDIR_SHIFT))
  54                         pgd_extra++;
  55
  56                 range = mr[i].end - mr[i].start;
  57                 puds += (range + PUD_SIZE - 1) >> PUD_SHIFT;
  58
  59                 if (mr[i].page_size_mask & (1 << PG_LEVEL_1G)) {
  60                         extra = range - ((range >> PUD_SHIFT) << PUD_SHIFT);
  61                         pmds += (extra + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
  62                 } else {
  63                         pmds += (range + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
  64                 }
  65
  66                 if (mr[i].page_size_mask & (1 << PG_LEVEL_2M)) {
  67                         extra = range - ((range >> PMD_SHIFT) << PMD_SHIFT);
  68 #ifdef CONFIG_X86_32
  69                         extra += PMD_SIZE;
  70 #endif
  71                         ptes += (extra + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
  72                 } else {
  73                         ptes += (range + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
  74                 }
  75         }
  76
  77         tables = roundup(puds * sizeof(pud_t), PAGE_SIZE);
  78         tables += roundup(pmds * sizeof(pmd_t), PAGE_SIZE);
  79         tables += roundup(ptes * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);
  80         tables += (pgd_extra * PAGE_SIZE);
  81
  82 #ifdef CONFIG_X86_32
  83         /* for fixmap */
  84         tables += roundup(__end_of_fixed_addresses * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);
  85 #endif
  86         good_end = max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT;
  87
  88         base = memblock_find_in_range(start, good_end, tables, PAGE_SIZE);
  89         if (base == MEMBLOCK_ERROR)
  90                 panic("Cannot find space for the kernel page tables");
  91
  92         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
  93         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
  94         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
  95
  96         printk(KERN_DEBUG "kernel direct mapping tables up to %lx @ %lx-%lx\n",
  97                 mr[nr_range - 1].end, pgt_buf_start << PAGE_SHIFT,
  98                 pgt_buf_top << PAGE_SHIFT);
  99 }
 100
 101 void __init native_pagetable_reserve(u64 start, u64 end)
 102 {
 103         memblock_x86_reserve_range(start, end, "PGTABLE");
 104 }
 105
 106 #ifdef CONFIG_X86_32
 107 #define NR_RANGE_MR 3
 108 #else /* CONFIG_X86_64 */
 109 #define NR_RANGE_MR 5
 110 #endif
 111
 112 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
 113                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 114                              unsigned long page_size_mask)
 115 {
 116         if (start_pfn < end_pfn) {
 117                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
 118                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
 119                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
 120                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
 121                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
 122                 nr_range++;
 123         }
 124
 125         return nr_range;
 126 }
 127
 128 /*
 129  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 130  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 131  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 132  */
 133 unsigned long __init_refok init_memory_mapping(unsigned long start,
 134                                                unsigned long end)
 135 {
 136         unsigned long page_size_mask = 0;
 137         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 138         unsigned long ret = 0;
 139         unsigned long pos;
 140
 141         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 142         int nr_range, i;
 143         int use_pse, use_gbpages;
 144
 145         printk(KERN_INFO "init_memory_mapping: %016lx-%016lx\n", start, end);
 146
 147 #if defined(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) || defined(CONFIG_KMEMCHECK)
 148         /*
 149          * For CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC, identity mapping will use small pages.
 150          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
 151          * large pages into small in interrupt context, etc.
 152          */
 153         use_pse = use_gbpages = 0;
 154 #else
 155         use_pse = cpu_has_pse;
 156         use_gbpages = direct_gbpages;
 157 #endif
 158
 159         /* Enable PSE if available */
 160         if (cpu_has_pse)
 161                 set_in_cr4(X86_CR4_PSE);
 162
 163         /* Enable PGE if available */
 164         if (cpu_has_pge && !kaiser_enabled) {
 165                 set_in_cr4(X86_CR4_PGE);
 166                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
 167         }
 168
 169         if (use_gbpages)
 170                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
 171         if (use_pse)
 172                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
 173
 174         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 175         nr_range = 0;
 176
 177         /* head if not big page alignment ? */
 178         start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 179         pos = start_pfn << PAGE_SHIFT;
 180 #ifdef CONFIG_X86_32
 181         /*
 182          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 183          * because there are often fixed size MTRRs in there
 184          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 185          * slowdowns.
 186          */
 187         if (pos == 0)
 188                 end_pfn = 1<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 189         else
 190                 end_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 191                                  << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 192 #else /* CONFIG_X86_64 */
 193         end_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1)) >> PMD_SHIFT)
 194                         << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 195 #endif
 196         if (end_pfn > (end >> PAGE_SHIFT))
 197                 end_pfn = end >> PAGE_SHIFT;
 198         if (start_pfn < end_pfn) {
 199                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 200                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 201         }
 202
 203         /* big page (2M) range */
 204         start_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 205                          << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 206 #ifdef CONFIG_X86_32
 207         end_pfn = (end>>PMD_SHIFT) << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 208 #else /* CONFIG_X86_64 */
 209         end_pfn = ((pos + (PUD_SIZE - 1))>>PUD_SHIFT)
 210                          << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 211         if (end_pfn > ((end>>PMD_SHIFT)<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT)))
 212                 end_pfn = ((end>>PMD_SHIFT)<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT));
 213 #endif
 214
 215         if (start_pfn < end_pfn) {
 216                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 217                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 218                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 219         }
 220
 221 #ifdef CONFIG_X86_64
 222         /* big page (1G) range */
 223         start_pfn = ((pos + (PUD_SIZE - 1))>>PUD_SHIFT)
 224                          << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 225         end_pfn = (end >> PUD_SHIFT) << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 226         if (start_pfn < end_pfn) {
 227                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 228                                 page_size_mask &
 229                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 230                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 231         }
 232
 233         /* tail is not big page (1G) alignment */
 234         start_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 235                          << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 236         end_pfn = (end >> PMD_SHIFT) << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 237         if (start_pfn < end_pfn) {
 238                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 239                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 240                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 241         }
 242 #endif
 243
 244         /* tail is not big page (2M) alignment */
 245         start_pfn = pos>>PAGE_SHIFT;
 246         end_pfn = end>>PAGE_SHIFT;
 247         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 248
 249         /* try to merge same page size and continuous */
 250         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 251                 unsigned long old_start;
 252                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 253                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 254                         continue;
 255                 /* move it */
 256                 old_start = mr[i].start;
 257                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 258                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 259                 mr[i--].start = old_start;
 260                 nr_range--;
 261         }
 262
 263         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 264                 printk(KERN_DEBUG " %010lx - %010lx page %s\n",
 265                                 mr[i].start, mr[i].end,
 266                         (mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))?"1G":(
 267                          (mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))?"2M":"4k"));
 268
 269         /*
 270          * Find space for the kernel direct mapping tables.
 271          *
 272          * Later we should allocate these tables in the local node of the
 273          * memory mapped. Unfortunately this is done currently before the
 274          * nodes are discovered.
 275          */
 276         if (!after_bootmem)
 277                 find_early_table_space(mr, nr_range);
 278
 279         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 280                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 281                                                    mr[i].page_size_mask);
 282
 283 #ifdef CONFIG_X86_32
 284         early_ioremap_page_table_range_init();
 285
 286         load_cr3(swapper_pg_dir);
 287 #endif
 288
 289         __flush_tlb_all();
 290
 291         /*
 292          * Reserve the kernel pagetable pages we used (pgt_buf_start -
 293          * pgt_buf_end) and free the other ones (pgt_buf_end - pgt_buf_top)
 294          * so that they can be reused for other purposes.
 295          *
 296          * On native it just means calling memblock_x86_reserve_range, on Xen it
 297          * also means marking RW the pagetable pages that we allocated before
 298          * but that haven't been used.
 299          *
 300          * In fact on xen we mark RO the whole range pgt_buf_start -
 301          * pgt_buf_top, because we have to make sure that when
 302          * init_memory_mapping reaches the pagetable pages area, it maps
 303          * RO all the pagetable pages, including the ones that are beyond
 304          * pgt_buf_end at that time.
 305          */
 306         if (!after_bootmem && pgt_buf_end > pgt_buf_start)
 307                 x86_init.mapping.pagetable_reserve(PFN_PHYS(pgt_buf_start),
 308                                 PFN_PHYS(pgt_buf_end));
 309
 310         if (!after_bootmem)
 311                 early_memtest(start, end);
 312
 313         return ret >> PAGE_SHIFT;
 314 }
 315
 316
 317 /*
 318  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 319  * is valid. The argument is a physical page number.
 320  *
 321  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
 322  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
 323  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
 324  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
 325  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
 326  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 327  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 328  */
 329 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 330 {
 331         if (page_is_ram(pagenr)) {
 332                 /*
 333                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
 334                  * request that the page be shown as all zeros.
 335                  */
 336                 if (pagenr < 256)
 337                         return 2;
 338
 339                 return 0;
 340         }
 341
 342         /*
 343          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
 344          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
 345          */
 346         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
 347                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
 348                 if (pagenr < 256)
 349                         return 1;
 350
 351                 return 0;
 352         }
 353
 354         return 1;
 355 }
 356
 357 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 358 {
 359         unsigned long addr;
 360         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 361
 362         /* Make sure boundaries are page aligned */
 363         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 364         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 365
 366         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 367                 begin = begin_aligned;
 368                 end   = end_aligned;
 369         }
 370
 371         if (begin >= end)
 372                 return;
 373
 374         addr = begin;
 375
 376         /*
 377          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 378          * mark them not present - any buggy init-section access will
 379          * create a kernel page fault:
 380          */
 381 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
 382         printk(KERN_INFO "debug: unmapping init memory %08lx..%08lx\n",
 383                 begin, end);
 384         set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 385 #else
 386         /*
 387          * We just marked the kernel text read only above, now that
 388          * we are going to free part of that, we need to make that
 389          * writeable and non-executable first.
 390          */
 391         set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 392         set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 393
 394         printk(KERN_INFO "Freeing %s: %luk freed\n", what, (end - begin) >> 10);
 395
 396         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 397                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 398                 init_page_count(virt_to_page(addr));
 399                 memset((void *)addr, POISON_FREE_INITMEM, PAGE_SIZE);
 400                 free_page(addr);
 401                 totalram_pages++;
 402         }
 403 #endif
 404 }
 405
 406 void free_initmem(void)
 407 {
 408         free_init_pages("unused kernel memory",
 409                         (unsigned long)(&__init_begin),
 410                         (unsigned long)(&__init_end));
 411 }
 412
 413 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 414 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 415 {
 416         /*
 417          * end could be not aligned, and We can not align that,
 418          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 419          * We already reserve the end partial page before in
 420          *   - i386_start_kernel()
 421          *   - x86_64_start_kernel()
 422          *   - relocate_initrd()
 423          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 424          */
 425         free_init_pages("initrd memory", start, PAGE_ALIGN(end));
 426 }
 427 #endif