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