arch/x86/mm/pgtable.c

   1 #include <linux/mm.h>
   2 #include <linux/gfp.h>
   3 #include <asm/pgalloc.h>
   4 #include <asm/pgtable.h>
   5 #include <asm/tlb.h>
   6 #include <asm/fixmap.h>
   7
   8 #define PGALLOC_GFP GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK | __GFP_REPEAT | __GFP_ZERO
   9
  10 #ifdef CONFIG_HIGHPTE
  11 #define PGALLOC_USER_GFP __GFP_HIGHMEM
  12 #else
  13 #define PGALLOC_USER_GFP 0
  14 #endif
  15
  16 gfp_t __userpte_alloc_gfp = PGALLOC_GFP | PGALLOC_USER_GFP;
  17
  18 pte_t *pte_alloc_one_kernel(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
  19 {
  20         return (pte_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
  21 }
  22
  23 pgtable_t pte_alloc_one(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
  24 {
  25         struct page *pte;
  26
  27         pte = alloc_pages(__userpte_alloc_gfp, 0);
  28         if (pte)
  29                 pgtable_page_ctor(pte);
  30         return pte;
  31 }
  32
  33 static int __init setup_userpte(char *arg)
  34 {
  35         if (!arg)
  36                 return -EINVAL;
  37
  38         /*
  39          * "userpte=nohigh" disables allocation of user pagetables in
  40          * high memory.
  41          */
  42         if (strcmp(arg, "nohigh") == 0)
  43                 __userpte_alloc_gfp &= ~__GFP_HIGHMEM;
  44         else
  45                 return -EINVAL;
  46         return 0;
  47 }
  48 early_param("userpte", setup_userpte);
  49
  50 void ___pte_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, struct page *pte)
  51 {
  52         pgtable_page_dtor(pte);
  53         paravirt_release_pte(page_to_pfn(pte));
  54         tlb_remove_page(tlb, pte);
  55 }
  56
  57 #if PAGETABLE_LEVELS > 2
  58 void ___pmd_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pmd_t *pmd)
  59 {
  60         paravirt_release_pmd(__pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
  61         tlb_remove_page(tlb, virt_to_page(pmd));
  62 }
  63
  64 #if PAGETABLE_LEVELS > 3
  65 void ___pud_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud)
  66 {
  67         paravirt_release_pud(__pa(pud) >> PAGE_SHIFT);
  68         tlb_remove_page(tlb, virt_to_page(pud));
  69 }
  70 #endif  /* PAGETABLE_LEVELS > 3 */
  71 #endif  /* PAGETABLE_LEVELS > 2 */
  72
  73 static inline void pgd_list_add(pgd_t *pgd)
  74 {
  75         struct page *page = virt_to_page(pgd);
  76
  77         list_add(&page->lru, &pgd_list);
  78 }
  79
  80 static inline void pgd_list_del(pgd_t *pgd)
  81 {
  82         struct page *page = virt_to_page(pgd);
  83
  84         list_del(&page->lru);
  85 }
  86
  87 #define UNSHARED_PTRS_PER_PGD                           \
  88         (SHARED_KERNEL_PMD ? KERNEL_PGD_BOUNDARY : PTRS_PER_PGD)
  89
  90
  91 static void pgd_set_mm(pgd_t *pgd, struct mm_struct *mm)
  92 {
  93         BUILD_BUG_ON(sizeof(virt_to_page(pgd)->index) < sizeof(mm));
  94         virt_to_page(pgd)->index = (pgoff_t)mm;
  95 }
  96
  97 struct mm_struct *pgd_page_get_mm(struct page *page)
  98 {
  99         return (struct mm_struct *)page->index;
 100 }
 101
 102 static void pgd_ctor(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
 103 {
 104         /* If the pgd points to a shared pagetable level (either the
 105            ptes in non-PAE, or shared PMD in PAE), then just copy the
 106            references from swapper_pg_dir. */
 107         if (PAGETABLE_LEVELS == 2 ||
 108             (PAGETABLE_LEVELS == 3 && SHARED_KERNEL_PMD) ||
 109             PAGETABLE_LEVELS == 4) {
 110                 clone_pgd_range(pgd + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
 111                                 swapper_pg_dir + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
 112                                 KERNEL_PGD_PTRS);
 113                 paravirt_alloc_pmd_clone(__pa(pgd) >> PAGE_SHIFT,
 114                                          __pa(swapper_pg_dir) >> PAGE_SHIFT,
 115                                          KERNEL_PGD_BOUNDARY,
 116                                          KERNEL_PGD_PTRS);
 117         }
 118
 119         /* list required to sync kernel mapping updates */
 120         if (!SHARED_KERNEL_PMD) {
 121                 pgd_set_mm(pgd, mm);
 122                 pgd_list_add(pgd);
 123         }
 124 }
 125
 126 static void pgd_dtor(pgd_t *pgd)
 127 {
 128         unsigned long flags; /* can be called from interrupt context */
 129
 130         if (SHARED_KERNEL_PMD)
 131                 return;
 132
 133         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 134         pgd_list_del(pgd);
 135         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 136 }
 137
 138 /*
 139  * List of all pgd's needed for non-PAE so it can invalidate entries
 140  * in both cached and uncached pgd's; not needed for PAE since the
 141  * kernel pmd is shared. If PAE were not to share the pmd a similar
 142  * tactic would be needed. This is essentially codepath-based locking
 143  * against pageattr.c; it is the unique case in which a valid change
 144  * of kernel pagetables can't be lazily synchronized by vmalloc faults.
 145  * vmalloc faults work because attached pagetables are never freed.
 146  * -- wli
 147  */
 148
 149 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 150 /*
 151  * In PAE mode, we need to do a cr3 reload (=tlb flush) when
 152  * updating the top-level pagetable entries to guarantee the
 153  * processor notices the update.  Since this is expensive, and
 154  * all 4 top-level entries are used almost immediately in a
 155  * new process's life, we just pre-populate them here.
 156  *
 157  * Also, if we're in a paravirt environment where the kernel pmd is
 158  * not shared between pagetables (!SHARED_KERNEL_PMDS), we allocate
 159  * and initialize the kernel pmds here.
 160  */
 161 #define PREALLOCATED_PMDS       UNSHARED_PTRS_PER_PGD
 162
 163 void pud_populate(struct mm_struct *mm, pud_t *pudp, pmd_t *pmd)
 164 {
 165         paravirt_alloc_pmd(mm, __pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
 166
 167         /* Note: almost everything apart from _PAGE_PRESENT is
 168            reserved at the pmd (PDPT) level. */
 169         set_pud(pudp, __pud(__pa(pmd) | _PAGE_PRESENT));
 170
 171         /*
 172          * According to Intel App note "TLBs, Paging-Structure Caches,
 173          * and Their Invalidation", April 2007, document 317080-001,
 174          * section 8.1: in PAE mode we explicitly have to flush the
 175          * TLB via cr3 if the top-level pgd is changed...
 176          */
 177         if (mm == current->active_mm)
 178                 write_cr3(read_cr3());
 179 }
 180 #else  /* !CONFIG_X86_PAE */
 181
 182 /* No need to prepopulate any pagetable entries in non-PAE modes. */
 183 #define PREALLOCATED_PMDS       0
 184
 185 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
 186
 187 static void free_pmds(pmd_t *pmds[])
 188 {
 189         int i;
 190
 191         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++)
 192                 if (pmds[i])
 193                         free_page((unsigned long)pmds[i]);
 194 }
 195
 196 static int preallocate_pmds(pmd_t *pmds[])
 197 {
 198         int i;
 199         bool failed = false;
 200
 201         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
 202                 pmd_t *pmd = (pmd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 203                 if (pmd == NULL)
 204                         failed = true;
 205                 pmds[i] = pmd;
 206         }
 207
 208         if (failed) {
 209                 free_pmds(pmds);
 210                 return -ENOMEM;
 211         }
 212
 213         return 0;
 214 }
 215
 216 /*
 217  * Mop up any pmd pages which may still be attached to the pgd.
 218  * Normally they will be freed by munmap/exit_mmap, but any pmd we
 219  * preallocate which never got a corresponding vma will need to be
 220  * freed manually.
 221  */
 222 static void pgd_mop_up_pmds(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgdp)
 223 {
 224         int i;
 225
 226         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
 227                 pgd_t pgd = pgdp[i];
 228
 229                 if (pgd_val(pgd) != 0) {
 230                         pmd_t *pmd = (pmd_t *)pgd_page_vaddr(pgd);
 231
 232                         pgdp[i] = native_make_pgd(0);
 233
 234                         paravirt_release_pmd(pgd_val(pgd) >> PAGE_SHIFT);
 235                         pmd_free(mm, pmd);
 236                 }
 237         }
 238 }
 239
 240 static void pgd_prepopulate_pmd(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd, pmd_t *pmds[])
 241 {
 242         pud_t *pud;
 243         unsigned long addr;
 244         int i;
 245
 246         if (PREALLOCATED_PMDS == 0) /* Work around gcc-3.4.x bug */
 247                 return;
 248
 249         pud = pud_offset(pgd, 0);
 250
 251         for (addr = i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS;
 252              i++, pud++, addr += PUD_SIZE) {
 253                 pmd_t *pmd = pmds[i];
 254
 255                 if (i >= KERNEL_PGD_BOUNDARY)
 256                         memcpy(pmd, (pmd_t *)pgd_page_vaddr(swapper_pg_dir[i]),
 257                                sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD);
 258
 259                 pud_populate(mm, pud, pmd);
 260         }
 261 }
 262
 263 pgd_t *pgd_alloc(struct mm_struct *mm)
 264 {
 265         pgd_t *pgd;
 266         pmd_t *pmds[PREALLOCATED_PMDS];
 267         unsigned long flags;
 268
 269         pgd = (pgd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 270
 271         if (pgd == NULL)
 272                 goto out;
 273
 274         mm->pgd = pgd;
 275
 276         if (preallocate_pmds(pmds) != 0)
 277                 goto out_free_pgd;
 278
 279         if (paravirt_pgd_alloc(mm) != 0)
 280                 goto out_free_pmds;
 281
 282         /*
 283          * Make sure that pre-populating the pmds is atomic with
 284          * respect to anything walking the pgd_list, so that they
 285          * never see a partially populated pgd.
 286          */
 287         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 288
 289         pgd_ctor(mm, pgd);
 290         pgd_prepopulate_pmd(mm, pgd, pmds);
 291
 292         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 293
 294         return pgd;
 295
 296 out_free_pmds:
 297         free_pmds(pmds);
 298 out_free_pgd:
 299         free_page((unsigned long)pgd);
 300 out:
 301         return NULL;
 302 }
 303
 304 void pgd_free(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
 305 {
 306         pgd_mop_up_pmds(mm, pgd);
 307         pgd_dtor(pgd);
 308         paravirt_pgd_free(mm, pgd);
 309         free_page((unsigned long)pgd);
 310 }
 311
 312 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 313                           unsigned long address, pte_t *ptep,
 314                           pte_t entry, int dirty)
 315 {
 316         int changed = !pte_same(*ptep, entry);
 317
 318         if (changed && dirty) {
 319                 *ptep = entry;
 320                 pte_update_defer(vma->vm_mm, address, ptep);
 321                 flush_tlb_page(vma, address);
 322         }
 323
 324         return changed;
 325 }
 326
 327 int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
 328                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
 329 {
 330         int ret = 0;
 331
 332         if (pte_young(*ptep))
 333                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
 334                                          (unsigned long *) &ptep->pte);
 335
 336         if (ret)
 337                 pte_update(vma->vm_mm, addr, ptep);
 338
 339         return ret;
 340 }
 341
 342 int ptep_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
 343                            unsigned long address, pte_t *ptep)
 344 {
 345         int young;
 346
 347         young = ptep_test_and_clear_young(vma, address, ptep);
 348         if (young)
 349                 flush_tlb_page(vma, address);
 350
 351         return young;
 352 }
 353
 354 /**
 355  * reserve_top_address - reserves a hole in the top of kernel address space
 356  * @reserve - size of hole to reserve
 357  *
 358  * Can be used to relocate the fixmap area and poke a hole in the top
 359  * of kernel address space to make room for a hypervisor.
 360  */
 361 void __init reserve_top_address(unsigned long reserve)
 362 {
 363 #ifdef CONFIG_X86_32
 364         BUG_ON(fixmaps_set > 0);
 365         printk(KERN_INFO "Reserving virtual address space above 0x%08x\n",
 366                (int)-reserve);
 367         __FIXADDR_TOP = -reserve - PAGE_SIZE;
 368 #endif
 369 }
 370
 371 int fixmaps_set;
 372
 373 void __native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, pte_t pte)
 374 {
 375         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
 376
 377         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 378                 BUG();
 379                 return;
 380         }
 381         set_pte_vaddr(address, pte);
 382         fixmaps_set++;
 383 }
 384
 385 void native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, phys_addr_t phys,
 386                        pgprot_t flags)
 387 {
 388         __native_set_fixmap(idx, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 389 }