arch/x86_64/mm/init.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/x86_64/mm/init.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   5  *  Copyright (C) 2000  Pavel Machek <pavel@suse.cz>
   6  *  Copyright (C) 2002,2003 Andi Kleen <ak@suse.de>
   7  */
   8
   9 #include <linux/config.h>
  10 #include <linux/signal.h>
  11 #include <linux/sched.h>
  12 #include <linux/kernel.h>
  13 #include <linux/errno.h>
  14 #include <linux/string.h>
  15 #include <linux/types.h>
  16 #include <linux/ptrace.h>
  17 #include <linux/mman.h>
  18 #include <linux/mm.h>
  19 #include <linux/swap.h>
  20 #include <linux/smp.h>
  21 #include <linux/init.h>
  22 #include <linux/pagemap.h>
  23 #include <linux/bootmem.h>
  24 #include <linux/proc_fs.h>
  25
  26 #include <asm/processor.h>
  27 #include <asm/system.h>
  28 #include <asm/uaccess.h>
  29 #include <asm/pgtable.h>
  30 #include <asm/pgalloc.h>
  31 #include <asm/dma.h>
  32 #include <asm/fixmap.h>
  33 #include <asm/e820.h>
  34 #include <asm/apic.h>
  35 #include <asm/tlb.h>
  36 #include <asm/mmu_context.h>
  37 #include <asm/proto.h>
  38 #include <asm/smp.h>
  39
  40 #ifndef Dprintk
  41 #define Dprintk(x...)
  42 #endif
  43
  44 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
  45 extern int swiotlb;
  46 #endif
  47
  48 extern char _stext[];
  49
  50 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  51
  52 /*
  53  * NOTE: pagetable_init alloc all the fixmap pagetables contiguous on the
  54  * physical space so we can cache the place of the first one and move
  55  * around without checking the pgd every time.
  56  */
  57
  58 void show_mem(void)
  59 {
  60         long i, total = 0, reserved = 0;
  61         long shared = 0, cached = 0;
  62         pg_data_t *pgdat;
  63         struct page *page;
  64
  65         printk(KERN_INFO "Mem-info:\n");
  66         show_free_areas();
  67         printk(KERN_INFO "Free swap:       %6ldkB\n", nr_swap_pages<<(PAGE_SHIFT-10));
  68
  69         for_each_pgdat(pgdat) {
  70                for (i = 0; i < pgdat->node_spanned_pages; ++i) {
  71                         page = pfn_to_page(pgdat->node_start_pfn + i);
  72                         total++;
  73                         if (PageReserved(page))
  74                                 reserved++;
  75                         else if (PageSwapCache(page))
  76                                 cached++;
  77                         else if (page_count(page))
  78                                 shared += page_count(page) - 1;
  79                }
  80         }
  81         printk(KERN_INFO "%lu pages of RAM\n", total);
  82         printk(KERN_INFO "%lu reserved pages\n",reserved);
  83         printk(KERN_INFO "%lu pages shared\n",shared);
  84         printk(KERN_INFO "%lu pages swap cached\n",cached);
  85 }
  86
  87 /* References to section boundaries */
  88
  89 extern char _text, _etext, _edata, __bss_start, _end[];
  90 extern char __init_begin, __init_end;
  91
  92 int after_bootmem;
  93
  94 static void *spp_getpage(void)
  95 {
  96         void *ptr;
  97         if (after_bootmem)
  98                 ptr = (void *) get_zeroed_page(GFP_ATOMIC);
  99         else
 100                 ptr = alloc_bootmem_pages(PAGE_SIZE);
 101         if (!ptr || ((unsigned long)ptr & ~PAGE_MASK))
 102                 panic("set_pte_phys: cannot allocate page data %s\n", after_bootmem?"after bootmem":"");
 103
 104         Dprintk("spp_getpage %p\n", ptr);
 105         return ptr;
 106 }
 107
 108 static void set_pte_phys(unsigned long vaddr,
 109                          unsigned long phys, pgprot_t prot)
 110 {
 111         pgd_t *pgd;
 112         pud_t *pud;
 113         pmd_t *pmd;
 114         pte_t *pte, new_pte;
 115
 116         Dprintk("set_pte_phys %lx to %lx\n", vaddr, phys);
 117
 118         pgd = pgd_offset_k(vaddr);
 119         if (pgd_none(*pgd)) {
 120                 printk("PGD FIXMAP MISSING, it should be setup in head.S!\n");
 121                 return;
 122         }
 123         pud = pud_offset(pgd, vaddr);
 124         if (pud_none(*pud)) {
 125                 pmd = (pmd_t *) spp_getpage();
 126                 set_pud(pud, __pud(__pa(pmd) | _KERNPG_TABLE | _PAGE_USER));
 127                 if (pmd != pmd_offset(pud, 0)) {
 128                         printk("PAGETABLE BUG #01! %p <-> %p\n", pmd, pmd_offset(pud,0));
 129                         return;
 130                 }
 131         }
 132         pmd = pmd_offset(pud, vaddr);
 133         if (pmd_none(*pmd)) {
 134                 pte = (pte_t *) spp_getpage();
 135                 set_pmd(pmd, __pmd(__pa(pte) | _KERNPG_TABLE | _PAGE_USER));
 136                 if (pte != pte_offset_kernel(pmd, 0)) {
 137                         printk("PAGETABLE BUG #02!\n");
 138                         return;
 139                 }
 140         }
 141         new_pte = pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, prot);
 142
 143         pte = pte_offset_kernel(pmd, vaddr);
 144         if (!pte_none(*pte) &&
 145             pte_val(*pte) != (pte_val(new_pte) & __supported_pte_mask))
 146                 pte_ERROR(*pte);
 147         set_pte(pte, new_pte);
 148
 149         /*
 150          * It's enough to flush this one mapping.
 151          * (PGE mappings get flushed as well)
 152          */
 153         __flush_tlb_one(vaddr);
 154 }
 155
 156 /* NOTE: this is meant to be run only at boot */
 157 void __set_fixmap (enum fixed_addresses idx, unsigned long phys, pgprot_t prot)
 158 {
 159         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
 160
 161         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 162                 printk("Invalid __set_fixmap\n");
 163                 return;
 164         }
 165         set_pte_phys(address, phys, prot);
 166 }
 167
 168 unsigned long __initdata table_start, table_end;
 169
 170 extern pmd_t temp_boot_pmds[];
 171
 172 static  struct temp_map {
 173         pmd_t *pmd;
 174         void  *address;
 175         int    allocated;
 176 } temp_mappings[] __initdata = {
 177         { &temp_boot_pmds[0], (void *)(40UL * 1024 * 1024) },
 178         { &temp_boot_pmds[1], (void *)(42UL * 1024 * 1024) },
 179         {}
 180 };
 181
 182 static __init void *alloc_low_page(int *index, unsigned long *phys)
 183 {
 184         struct temp_map *ti;
 185         int i;
 186         unsigned long pfn = table_end++, paddr;
 187         void *adr;
 188
 189         if (pfn >= end_pfn)
 190                 panic("alloc_low_page: ran out of memory");
 191         for (i = 0; temp_mappings[i].allocated; i++) {
 192                 if (!temp_mappings[i].pmd)
 193                         panic("alloc_low_page: ran out of temp mappings");
 194         }
 195         ti = &temp_mappings[i];
 196         paddr = (pfn << PAGE_SHIFT) & PMD_MASK;
 197         set_pmd(ti->pmd, __pmd(paddr | _KERNPG_TABLE | _PAGE_PSE));
 198         ti->allocated = 1;
 199         __flush_tlb();
 200         adr = ti->address + ((pfn << PAGE_SHIFT) & ~PMD_MASK);
 201         *index = i;
 202         *phys  = pfn * PAGE_SIZE;
 203         return adr;
 204 }
 205
 206 static __init void unmap_low_page(int i)
 207 {
 208         struct temp_map *ti = &temp_mappings[i];
 209         set_pmd(ti->pmd, __pmd(0));
 210         ti->allocated = 0;
 211 }
 212
 213 static void __init phys_pud_init(pud_t *pud, unsigned long address, unsigned long end)
 214 {
 215         long i, j;
 216
 217         i = pud_index(address);
 218         pud = pud + i;
 219         for (; i < PTRS_PER_PUD; pud++, i++) {
 220                 int map;
 221                 unsigned long paddr, pmd_phys;
 222                 pmd_t *pmd;
 223
 224                 paddr = address + i*PUD_SIZE;
 225                 if (paddr >= end) {
 226                         for (; i < PTRS_PER_PUD; i++, pud++)
 227                                 set_pud(pud, __pud(0));
 228                         break;
 229                 }
 230
 231                 if (!e820_mapped(paddr, paddr+PUD_SIZE, 0)) {
 232                         set_pud(pud, __pud(0));
 233                         continue;
 234                 }
 235
 236                 pmd = alloc_low_page(&map, &pmd_phys);
 237                 set_pud(pud, __pud(pmd_phys | _KERNPG_TABLE));
 238                 for (j = 0; j < PTRS_PER_PMD; pmd++, j++, paddr += PMD_SIZE) {
 239                         unsigned long pe;
 240
 241                         if (paddr >= end) {
 242                                 for (; j < PTRS_PER_PMD; j++, pmd++)
 243                                         set_pmd(pmd,  __pmd(0));
 244                                 break;
 245                 }
 246                         pe = _PAGE_NX|_PAGE_PSE | _KERNPG_TABLE | _PAGE_GLOBAL | paddr;
 247                         pe &= __supported_pte_mask;
 248                         set_pmd(pmd, __pmd(pe));
 249                 }
 250                 unmap_low_page(map);
 251         }
 252         __flush_tlb();
 253 }
 254
 255 static void __init find_early_table_space(unsigned long end)
 256 {
 257         unsigned long puds, pmds, tables;
 258
 259         puds = (end + PUD_SIZE - 1) >> PUD_SHIFT;
 260         pmds = (end + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
 261         tables = round_up(puds * sizeof(pud_t), PAGE_SIZE) +
 262                  round_up(pmds * sizeof(pmd_t), PAGE_SIZE);
 263
 264         table_start = find_e820_area(0x8000, __pa_symbol(&_text), tables);
 265         if (table_start == -1UL)
 266                 panic("Cannot find space for the kernel page tables");
 267
 268         table_start >>= PAGE_SHIFT;
 269         table_end = table_start;
 270 }
 271
 272 /* Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 273    This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from the
 274    physical memory. To access them they are temporarily mapped. */
 275 void __init init_memory_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
 276 {
 277         unsigned long next;
 278
 279         Dprintk("init_memory_mapping\n");
 280
 281         /*
 282          * Find space for the kernel direct mapping tables.
 283          * Later we should allocate these tables in the local node of the memory
 284          * mapped.  Unfortunately this is done currently before the nodes are
 285          * discovered.
 286          */
 287         find_early_table_space(end);
 288
 289         start = (unsigned long)__va(start);
 290         end = (unsigned long)__va(end);
 291
 292         for (; start < end; start = next) {
 293                 int map;
 294                 unsigned long pud_phys;
 295                 pud_t *pud = alloc_low_page(&map, &pud_phys);
 296                 next = start + PGDIR_SIZE;
 297                 if (next > end)
 298                         next = end;
 299                 phys_pud_init(pud, __pa(start), __pa(next));
 300                 set_pgd(pgd_offset_k(start), mk_kernel_pgd(pud_phys));
 301                 unmap_low_page(map);
 302         }
 303
 304         asm volatile("movq %%cr4,%0" : "=r" (mmu_cr4_features));
 305         __flush_tlb_all();
 306         early_printk("kernel direct mapping tables upto %lx @ %lx-%lx\n", end,
 307                table_start<<PAGE_SHIFT,
 308                table_end<<PAGE_SHIFT);
 309 }
 310
 311 extern struct x8664_pda cpu_pda[NR_CPUS];
 312
 313 /* Assumes all CPUs still execute in init_mm */
 314 void zap_low_mappings(void)
 315 {
 316         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(0UL);
 317         pgd_clear(pgd);
 318         flush_tlb_all();
 319 }
 320
 321 #ifndef CONFIG_NUMA
 322 void __init paging_init(void)
 323 {
 324         {
 325                 unsigned long zones_size[MAX_NR_ZONES];
 326                 unsigned long holes[MAX_NR_ZONES];
 327                 unsigned int max_dma;
 328
 329                 memset(zones_size, 0, sizeof(zones_size));
 330                 memset(holes, 0, sizeof(holes));
 331
 332                 max_dma = virt_to_phys((char *)MAX_DMA_ADDRESS) >> PAGE_SHIFT;
 333
 334                 if (end_pfn < max_dma) {
 335                         zones_size[ZONE_DMA] = end_pfn;
 336                         holes[ZONE_DMA] = e820_hole_size(0, end_pfn);
 337                 } else {
 338                         zones_size[ZONE_DMA] = max_dma;
 339                         holes[ZONE_DMA] = e820_hole_size(0, max_dma);
 340                         zones_size[ZONE_NORMAL] = end_pfn - max_dma;
 341                         holes[ZONE_NORMAL] = e820_hole_size(max_dma, end_pfn);
 342                 }
 343                 free_area_init_node(0, NODE_DATA(0), zones_size,
 344                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, holes);
 345         }
 346         return;
 347 }
 348 #endif
 349
 350 /* Unmap a kernel mapping if it exists. This is useful to avoid prefetches
 351    from the CPU leading to inconsistent cache lines. address and size
 352    must be aligned to 2MB boundaries.
 353    Does nothing when the mapping doesn't exist. */
 354 void __init clear_kernel_mapping(unsigned long address, unsigned long size)
 355 {
 356         unsigned long end = address + size;
 357
 358         BUG_ON(address & ~LARGE_PAGE_MASK);
 359         BUG_ON(size & ~LARGE_PAGE_MASK);
 360
 361         for (; address < end; address += LARGE_PAGE_SIZE) {
 362                 pgd_t *pgd = pgd_offset_k(address);
 363                 pud_t *pud;
 364                 pmd_t *pmd;
 365                 if (pgd_none(*pgd))
 366                         continue;
 367                 pud = pud_offset(pgd, address);
 368                 if (pud_none(*pud))
 369                         continue;
 370                 pmd = pmd_offset(pud, address);
 371                 if (!pmd || pmd_none(*pmd))
 372                         continue;
 373                 if (0 == (pmd_val(*pmd) & _PAGE_PSE)) {
 374                         /* Could handle this, but it should not happen currently. */
 375                         printk(KERN_ERR
 376                "clear_kernel_mapping: mapping has been split. will leak memory\n");
 377                         pmd_ERROR(*pmd);
 378                 }
 379                 set_pmd(pmd, __pmd(0));
 380         }
 381         __flush_tlb_all();
 382 }
 383
 384 static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmalloc, kcore_kernel, kcore_modules,
 385                          kcore_vsyscall;
 386
 387 void __init mem_init(void)
 388 {
 389         long codesize, reservedpages, datasize, initsize;
 390
 391 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
 392         if (!iommu_aperture &&
 393             (end_pfn >= 0xffffffff>>PAGE_SHIFT || force_iommu))
 394                swiotlb = 1;
 395         if (swiotlb)
 396                 swiotlb_init();
 397 #endif
 398
 399         /* How many end-of-memory variables you have, grandma! */
 400         max_low_pfn = end_pfn;
 401         max_pfn = end_pfn;
 402         num_physpages = end_pfn;
 403         high_memory = (void *) __va(end_pfn * PAGE_SIZE);
 404
 405         /* clear the zero-page */
 406         memset(empty_zero_page, 0, PAGE_SIZE);
 407
 408         reservedpages = 0;
 409
 410         /* this will put all low memory onto the freelists */
 411 #ifdef CONFIG_NUMA
 412         totalram_pages = numa_free_all_bootmem();
 413 #else
 414         totalram_pages = free_all_bootmem();
 415 #endif
 416         reservedpages = end_pfn - totalram_pages - e820_hole_size(0, end_pfn);
 417
 418         after_bootmem = 1;
 419
 420         codesize =  (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_text;
 421         datasize =  (unsigned long) &_edata - (unsigned long) &_etext;
 422         initsize =  (unsigned long) &__init_end - (unsigned long) &__init_begin;
 423
 424         /* Register memory areas for /proc/kcore */
 425         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn << PAGE_SHIFT);
 426         kclist_add(&kcore_vmalloc, (void *)VMALLOC_START,
 427                    VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 428         kclist_add(&kcore_kernel, &_stext, _end - _stext);
 429         kclist_add(&kcore_modules, (void *)MODULES_VADDR, MODULES_LEN);
 430         kclist_add(&kcore_vsyscall, (void *)VSYSCALL_START,
 431                                  VSYSCALL_END - VSYSCALL_START);
 432
 433         printk("Memory: %luk/%luk available (%ldk kernel code, %ldk reserved, %ldk data, %ldk init)\n",
 434                 (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
 435                 end_pfn << (PAGE_SHIFT-10),
 436                 codesize >> 10,
 437                 reservedpages << (PAGE_SHIFT-10),
 438                 datasize >> 10,
 439                 initsize >> 10);
 440
 441         /*
 442          * Subtle. SMP is doing its boot stuff late (because it has to
 443          * fork idle threads) - but it also needs low mappings for the
 444          * protected-mode entry to work. We zap these entries only after
 445          * the WP-bit has been tested.
 446          */
 447 #ifndef CONFIG_SMP
 448         zap_low_mappings();
 449 #endif
 450 }
 451
 452 extern char __initdata_begin[], __initdata_end[];
 453
 454 void free_initmem(void)
 455 {
 456         unsigned long addr;
 457
 458         addr = (unsigned long)(&__init_begin);
 459         for (; addr < (unsigned long)(&__init_end); addr += PAGE_SIZE) {
 460                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 461                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 462                 memset((void *)(addr & ~(PAGE_SIZE-1)), 0xcc, PAGE_SIZE);
 463                 free_page(addr);
 464                 totalram_pages++;
 465         }
 466         memset(__initdata_begin, 0xba, __initdata_end - __initdata_begin);
 467         printk ("Freeing unused kernel memory: %luk freed\n", (&__init_end - &__init_begin) >> 10);
 468 }
 469
 470 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 471 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 472 {
 473         if (start < (unsigned long)&_end)
 474                 return;
 475         printk ("Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
 476         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 477                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 478                 set_page_count(virt_to_page(start), 1);
 479                 free_page(start);
 480                 totalram_pages++;
 481         }
 482 }
 483 #endif
 484
 485 void __init reserve_bootmem_generic(unsigned long phys, unsigned len)
 486 {
 487         /* Should check here against the e820 map to avoid double free */
 488 #ifdef CONFIG_NUMA
 489         int nid = phys_to_nid(phys);
 490         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nid), phys, len);
 491 #else
 492         reserve_bootmem(phys, len);
 493 #endif
 494 }
 495
 496 int kern_addr_valid(unsigned long addr)
 497 {
 498         unsigned long above = ((long)addr) >> __VIRTUAL_MASK_SHIFT;
 499        pgd_t *pgd;
 500        pud_t *pud;
 501        pmd_t *pmd;
 502        pte_t *pte;
 503
 504         if (above != 0 && above != -1UL)
 505                 return 0;
 506
 507         pgd = pgd_offset_k(addr);
 508         if (pgd_none(*pgd))
 509                 return 0;
 510
 511         pud = pud_offset(pgd, addr);
 512         if (pud_none(*pud))
 513                 return 0;
 514
 515         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 516         if (pmd_none(*pmd))
 517                 return 0;
 518         if (pmd_large(*pmd))
 519                 return pfn_valid(pmd_pfn(*pmd));
 520
 521         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 522         if (pte_none(*pte))
 523                 return 0;
 524         return pfn_valid(pte_pfn(*pte));
 525 }
 526
 527 #ifdef CONFIG_SYSCTL
 528 #include <linux/sysctl.h>
 529
 530 extern int exception_trace, page_fault_trace;
 531
 532 static ctl_table debug_table2[] = {
 533         { 99, "exception-trace", &exception_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
 534           proc_dointvec },
 535 #ifdef CONFIG_CHECKING
 536         { 100, "page-fault-trace", &page_fault_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
 537           proc_dointvec },
 538 #endif
 539         { 0, }
 540 };
 541
 542 static ctl_table debug_root_table2[] = {
 543         { .ctl_name = CTL_DEBUG, .procname = "debug", .mode = 0555,
 544            .child = debug_table2 },
 545         { 0 },
 546 };
 547
 548 static __init int x8664_sysctl_init(void)
 549 {
 550         register_sysctl_table(debug_root_table2, 1);
 551         return 0;
 552 }
 553 __initcall(x8664_sysctl_init);
 554 #endif
 555
 556 /* A pseudo VMAs to allow ptrace access for the vsyscall page.   This only
 557    covers the 64bit vsyscall page now. 32bit has a real VMA now and does
 558    not need special handling anymore. */
 559
 560 static struct vm_area_struct gate_vma = {
 561         .vm_start = VSYSCALL_START,
 562         .vm_end = VSYSCALL_END,
 563         .vm_page_prot = PAGE_READONLY
 564 };
 565
 566 struct vm_area_struct *get_gate_vma(struct task_struct *tsk)
 567 {
 568 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 569         if (test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_IA32))
 570                 return NULL;
 571 #endif
 572         return &gate_vma;
 573 }
 574
 575 int in_gate_area(struct task_struct *task, unsigned long addr)
 576 {
 577         struct vm_area_struct *vma = get_gate_vma(task);
 578         if (!vma)
 579                 return 0;
 580         return (addr >= vma->vm_start) && (addr < vma->vm_end);
 581 }
 582
 583 /* Use this when you have no reliable task/vma, typically from interrupt
 584  * context.  It is less reliable than using the task's vma and may give
 585  * false positives.
 586  */
 587 int in_gate_area_no_task(unsigned long addr)
 588 {
 589         return (addr >= VSYSCALL_START) && (addr < VSYSCALL_END);
 590 }