arch/arm64/mm/mmu.c

   1 /*
   2  * Based on arch/arm/mm/mmu.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   5  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   9  * published by the Free Software Foundation.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18  */
  19
  20 #include <linux/cache.h>
  21 #include <linux/export.h>
  22 #include <linux/kernel.h>
  23 #include <linux/errno.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/ioport.h>
  26 #include <linux/kexec.h>
  27 #include <linux/libfdt.h>
  28 #include <linux/mman.h>
  29 #include <linux/nodemask.h>
  30 #include <linux/memblock.h>
  31 #include <linux/fs.h>
  32 #include <linux/io.h>
  33 #include <linux/mm.h>
  34 #include <linux/vmalloc.h>
  35
  36 #include <asm/barrier.h>
  37 #include <asm/cputype.h>
  38 #include <asm/fixmap.h>
  39 #include <asm/kasan.h>
  40 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  41 #include <asm/sections.h>
  42 #include <asm/setup.h>
  43 #include <asm/sizes.h>
  44 #include <asm/tlb.h>
  45 #include <asm/mmu_context.h>
  46 #include <asm/ptdump.h>
  47 #include <asm/tlbflush.h>
  48
  49 #define NO_BLOCK_MAPPINGS       BIT(0)
  50 #define NO_CONT_MAPPINGS        BIT(1)
  51
  52 u64 idmap_t0sz = TCR_T0SZ(VA_BITS);
  53 u64 idmap_ptrs_per_pgd = PTRS_PER_PGD;
  54 u64 vabits_user __ro_after_init;
  55 EXPORT_SYMBOL(vabits_user);
  56
  57 u64 kimage_voffset __ro_after_init;
  58 EXPORT_SYMBOL(kimage_voffset);
  59
  60 /*
  61  * Empty_zero_page is a special page that is used for zero-initialized data
  62  * and COW.
  63  */
  64 unsigned long empty_zero_page[PAGE_SIZE / sizeof(unsigned long)] __page_aligned_bss;
  65 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  66
  67 static pte_t bm_pte[PTRS_PER_PTE] __page_aligned_bss;
  68 static pmd_t bm_pmd[PTRS_PER_PMD] __page_aligned_bss __maybe_unused;
  69 static pud_t bm_pud[PTRS_PER_PUD] __page_aligned_bss __maybe_unused;
  70
  71 static DEFINE_SPINLOCK(swapper_pgdir_lock);
  72
  73 void set_swapper_pgd(pgd_t *pgdp, pgd_t pgd)
  74 {
  75         pgd_t *fixmap_pgdp;
  76
  77         spin_lock(&swapper_pgdir_lock);
  78         fixmap_pgdp = pgd_set_fixmap(__pa_symbol(pgdp));
  79         WRITE_ONCE(*fixmap_pgdp, pgd);
  80         /*
  81          * We need dsb(ishst) here to ensure the page-table-walker sees
  82          * our new entry before set_p?d() returns. The fixmap's
  83          * flush_tlb_kernel_range() via clear_fixmap() does this for us.
  84          */
  85         pgd_clear_fixmap();
  86         spin_unlock(&swapper_pgdir_lock);
  87 }
  88
  89 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
  90                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
  91 {
  92         if (!pfn_valid(pfn))
  93                 return pgprot_noncached(vma_prot);
  94         else if (file->f_flags & O_SYNC)
  95                 return pgprot_writecombine(vma_prot);
  96         return vma_prot;
  97 }
  98 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
  99
 100 static phys_addr_t __init early_pgtable_alloc(void)
 101 {
 102         phys_addr_t phys;
 103         void *ptr;
 104
 105         phys = memblock_phys_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 106
 107         /*
 108          * The FIX_{PGD,PUD,PMD} slots may be in active use, but the FIX_PTE
 109          * slot will be free, so we can (ab)use the FIX_PTE slot to initialise
 110          * any level of table.
 111          */
 112         ptr = pte_set_fixmap(phys);
 113
 114         memset(ptr, 0, PAGE_SIZE);
 115
 116         /*
 117          * Implicit barriers also ensure the zeroed page is visible to the page
 118          * table walker
 119          */
 120         pte_clear_fixmap();
 121
 122         return phys;
 123 }
 124
 125 static bool pgattr_change_is_safe(u64 old, u64 new)
 126 {
 127         /*
 128          * The following mapping attributes may be updated in live
 129          * kernel mappings without the need for break-before-make.
 130          */
 131         static const pteval_t mask = PTE_PXN | PTE_RDONLY | PTE_WRITE | PTE_NG;
 132
 133         /* creating or taking down mappings is always safe */
 134         if (old == 0 || new == 0)
 135                 return true;
 136
 137         /* live contiguous mappings may not be manipulated at all */
 138         if ((old | new) & PTE_CONT)
 139                 return false;
 140
 141         /* Transitioning from Non-Global to Global is unsafe */
 142         if (old & ~new & PTE_NG)
 143                 return false;
 144
 145         return ((old ^ new) & ~mask) == 0;
 146 }
 147
 148 static void init_pte(pmd_t *pmdp, unsigned long addr, unsigned long end,
 149                      phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 150 {
 151         pte_t *ptep;
 152
 153         ptep = pte_set_fixmap_offset(pmdp, addr);
 154         do {
 155                 pte_t old_pte = READ_ONCE(*ptep);
 156
 157                 set_pte(ptep, pfn_pte(__phys_to_pfn(phys), prot));
 158
 159                 /*
 160                  * After the PTE entry has been populated once, we
 161                  * only allow updates to the permission attributes.
 162                  */
 163                 BUG_ON(!pgattr_change_is_safe(pte_val(old_pte),
 164                                               READ_ONCE(pte_val(*ptep))));
 165
 166                 phys += PAGE_SIZE;
 167         } while (ptep++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 168
 169         pte_clear_fixmap();
 170 }
 171
 172 static void alloc_init_cont_pte(pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
 173                                 unsigned long end, phys_addr_t phys,
 174                                 pgprot_t prot,
 175                                 phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void),
 176                                 int flags)
 177 {
 178         unsigned long next;
 179         pmd_t pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 180
 181         BUG_ON(pmd_sect(pmd));
 182         if (pmd_none(pmd)) {
 183                 phys_addr_t pte_phys;
 184                 BUG_ON(!pgtable_alloc);
 185                 pte_phys = pgtable_alloc();
 186                 __pmd_populate(pmdp, pte_phys, PMD_TYPE_TABLE);
 187                 pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 188         }
 189         BUG_ON(pmd_bad(pmd));
 190
 191         do {
 192                 pgprot_t __prot = prot;
 193
 194                 next = pte_cont_addr_end(addr, end);
 195
 196                 /* use a contiguous mapping if the range is suitably aligned */
 197                 if ((((addr | next | phys) & ~CONT_PTE_MASK) == 0) &&
 198                     (flags & NO_CONT_MAPPINGS) == 0)
 199                         __prot = __pgprot(pgprot_val(prot) | PTE_CONT);
 200
 201                 init_pte(pmdp, addr, next, phys, __prot);
 202
 203                 phys += next - addr;
 204         } while (addr = next, addr != end);
 205 }
 206
 207 static void init_pmd(pud_t *pudp, unsigned long addr, unsigned long end,
 208                      phys_addr_t phys, pgprot_t prot,
 209                      phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void), int flags)
 210 {
 211         unsigned long next;
 212         pmd_t *pmdp;
 213
 214         pmdp = pmd_set_fixmap_offset(pudp, addr);
 215         do {
 216                 pmd_t old_pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 217
 218                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 219
 220                 /* try section mapping first */
 221                 if (((addr | next | phys) & ~SECTION_MASK) == 0 &&
 222                     (flags & NO_BLOCK_MAPPINGS) == 0) {
 223                         pmd_set_huge(pmdp, phys, prot);
 224
 225                         /*
 226                          * After the PMD entry has been populated once, we
 227                          * only allow updates to the permission attributes.
 228                          */
 229                         BUG_ON(!pgattr_change_is_safe(pmd_val(old_pmd),
 230                                                       READ_ONCE(pmd_val(*pmdp))));
 231                 } else {
 232                         alloc_init_cont_pte(pmdp, addr, next, phys, prot,
 233                                             pgtable_alloc, flags);
 234
 235                         BUG_ON(pmd_val(old_pmd) != 0 &&
 236                                pmd_val(old_pmd) != READ_ONCE(pmd_val(*pmdp)));
 237                 }
 238                 phys += next - addr;
 239         } while (pmdp++, addr = next, addr != end);
 240
 241         pmd_clear_fixmap();
 242 }
 243
 244 static void alloc_init_cont_pmd(pud_t *pudp, unsigned long addr,
 245                                 unsigned long end, phys_addr_t phys,
 246                                 pgprot_t prot,
 247                                 phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void), int flags)
 248 {
 249         unsigned long next;
 250         pud_t pud = READ_ONCE(*pudp);
 251
 252         /*
 253          * Check for initial section mappings in the pgd/pud.
 254          */
 255         BUG_ON(pud_sect(pud));
 256         if (pud_none(pud)) {
 257                 phys_addr_t pmd_phys;
 258                 BUG_ON(!pgtable_alloc);
 259                 pmd_phys = pgtable_alloc();
 260                 __pud_populate(pudp, pmd_phys, PUD_TYPE_TABLE);
 261                 pud = READ_ONCE(*pudp);
 262         }
 263         BUG_ON(pud_bad(pud));
 264
 265         do {
 266                 pgprot_t __prot = prot;
 267
 268                 next = pmd_cont_addr_end(addr, end);
 269
 270                 /* use a contiguous mapping if the range is suitably aligned */
 271                 if ((((addr | next | phys) & ~CONT_PMD_MASK) == 0) &&
 272                     (flags & NO_CONT_MAPPINGS) == 0)
 273                         __prot = __pgprot(pgprot_val(prot) | PTE_CONT);
 274
 275                 init_pmd(pudp, addr, next, phys, __prot, pgtable_alloc, flags);
 276
 277                 phys += next - addr;
 278         } while (addr = next, addr != end);
 279 }
 280
 281 static inline bool use_1G_block(unsigned long addr, unsigned long next,
 282                         unsigned long phys)
 283 {
 284         if (PAGE_SHIFT != 12)
 285                 return false;
 286
 287         if (((addr | next | phys) & ~PUD_MASK) != 0)
 288                 return false;
 289
 290         return true;
 291 }
 292
 293 static void alloc_init_pud(pgd_t *pgdp, unsigned long addr, unsigned long end,
 294                            phys_addr_t phys, pgprot_t prot,
 295                            phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void),
 296                            int flags)
 297 {
 298         unsigned long next;
 299         pud_t *pudp;
 300         pgd_t pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 301
 302         if (pgd_none(pgd)) {
 303                 phys_addr_t pud_phys;
 304                 BUG_ON(!pgtable_alloc);
 305                 pud_phys = pgtable_alloc();
 306                 __pgd_populate(pgdp, pud_phys, PUD_TYPE_TABLE);
 307                 pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 308         }
 309         BUG_ON(pgd_bad(pgd));
 310
 311         pudp = pud_set_fixmap_offset(pgdp, addr);
 312         do {
 313                 pud_t old_pud = READ_ONCE(*pudp);
 314
 315                 next = pud_addr_end(addr, end);
 316
 317                 /*
 318                  * For 4K granule only, attempt to put down a 1GB block
 319                  */
 320                 if (use_1G_block(addr, next, phys) &&
 321                     (flags & NO_BLOCK_MAPPINGS) == 0) {
 322                         pud_set_huge(pudp, phys, prot);
 323
 324                         /*
 325                          * After the PUD entry has been populated once, we
 326                          * only allow updates to the permission attributes.
 327                          */
 328                         BUG_ON(!pgattr_change_is_safe(pud_val(old_pud),
 329                                                       READ_ONCE(pud_val(*pudp))));
 330                 } else {
 331                         alloc_init_cont_pmd(pudp, addr, next, phys, prot,
 332                                             pgtable_alloc, flags);
 333
 334                         BUG_ON(pud_val(old_pud) != 0 &&
 335                                pud_val(old_pud) != READ_ONCE(pud_val(*pudp)));
 336                 }
 337                 phys += next - addr;
 338         } while (pudp++, addr = next, addr != end);
 339
 340         pud_clear_fixmap();
 341 }
 342
 343 static void __create_pgd_mapping(pgd_t *pgdir, phys_addr_t phys,
 344                                  unsigned long virt, phys_addr_t size,
 345                                  pgprot_t prot,
 346                                  phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void),
 347                                  int flags)
 348 {
 349         unsigned long addr, length, end, next;
 350         pgd_t *pgdp = pgd_offset_raw(pgdir, virt);
 351
 352         /*
 353          * If the virtual and physical address don't have the same offset
 354          * within a page, we cannot map the region as the caller expects.
 355          */
 356         if (WARN_ON((phys ^ virt) & ~PAGE_MASK))
 357                 return;
 358
 359         phys &= PAGE_MASK;
 360         addr = virt & PAGE_MASK;
 361         length = PAGE_ALIGN(size + (virt & ~PAGE_MASK));
 362
 363         end = addr + length;
 364         do {
 365                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 366                 alloc_init_pud(pgdp, addr, next, phys, prot, pgtable_alloc,
 367                                flags);
 368                 phys += next - addr;
 369         } while (pgdp++, addr = next, addr != end);
 370 }
 371
 372 static phys_addr_t pgd_pgtable_alloc(void)
 373 {
 374         void *ptr = (void *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 375         if (!ptr || !pgtable_page_ctor(virt_to_page(ptr)))
 376                 BUG();
 377
 378         /* Ensure the zeroed page is visible to the page table walker */
 379         dsb(ishst);
 380         return __pa(ptr);
 381 }
 382
 383 /*
 384  * This function can only be used to modify existing table entries,
 385  * without allocating new levels of table. Note that this permits the
 386  * creation of new section or page entries.
 387  */
 388 static void __init create_mapping_noalloc(phys_addr_t phys, unsigned long virt,
 389                                   phys_addr_t size, pgprot_t prot)
 390 {
 391         if (virt < VMALLOC_START) {
 392                 pr_warn("BUG: not creating mapping for %pa at 0x%016lx - outside kernel range\n",
 393                         &phys, virt);
 394                 return;
 395         }
 396         __create_pgd_mapping(init_mm.pgd, phys, virt, size, prot, NULL,
 397                              NO_CONT_MAPPINGS);
 398 }
 399
 400 void __init create_pgd_mapping(struct mm_struct *mm, phys_addr_t phys,
 401                                unsigned long virt, phys_addr_t size,
 402                                pgprot_t prot, bool page_mappings_only)
 403 {
 404         int flags = 0;
 405
 406         BUG_ON(mm == &init_mm);
 407
 408         if (page_mappings_only)
 409                 flags = NO_BLOCK_MAPPINGS | NO_CONT_MAPPINGS;
 410
 411         __create_pgd_mapping(mm->pgd, phys, virt, size, prot,
 412                              pgd_pgtable_alloc, flags);
 413 }
 414
 415 static void update_mapping_prot(phys_addr_t phys, unsigned long virt,
 416                                 phys_addr_t size, pgprot_t prot)
 417 {
 418         if (virt < VMALLOC_START) {
 419                 pr_warn("BUG: not updating mapping for %pa at 0x%016lx - outside kernel range\n",
 420                         &phys, virt);
 421                 return;
 422         }
 423
 424         __create_pgd_mapping(init_mm.pgd, phys, virt, size, prot, NULL,
 425                              NO_CONT_MAPPINGS);
 426
 427         /* flush the TLBs after updating live kernel mappings */
 428         flush_tlb_kernel_range(virt, virt + size);
 429 }
 430
 431 static void __init __map_memblock(pgd_t *pgdp, phys_addr_t start,
 432                                   phys_addr_t end, pgprot_t prot, int flags)
 433 {
 434         __create_pgd_mapping(pgdp, start, __phys_to_virt(start), end - start,
 435                              prot, early_pgtable_alloc, flags);
 436 }
 437
 438 void __init mark_linear_text_alias_ro(void)
 439 {
 440         /*
 441          * Remove the write permissions from the linear alias of .text/.rodata
 442          */
 443         update_mapping_prot(__pa_symbol(_text), (unsigned long)lm_alias(_text),
 444                             (unsigned long)__init_begin - (unsigned long)_text,
 445                             PAGE_KERNEL_RO);
 446 }
 447
 448 static void __init map_mem(pgd_t *pgdp)
 449 {
 450         phys_addr_t kernel_start = __pa_symbol(_text);
 451         phys_addr_t kernel_end = __pa_symbol(__init_begin);
 452         struct memblock_region *reg;
 453         int flags = 0;
 454
 455         if (rodata_full || debug_pagealloc_enabled())
 456                 flags = NO_BLOCK_MAPPINGS | NO_CONT_MAPPINGS;
 457
 458         /*
 459          * Take care not to create a writable alias for the
 460          * read-only text and rodata sections of the kernel image.
 461          * So temporarily mark them as NOMAP to skip mappings in
 462          * the following for-loop
 463          */
 464         memblock_mark_nomap(kernel_start, kernel_end - kernel_start);
 465 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
 466         if (crashk_res.end)
 467                 memblock_mark_nomap(crashk_res.start,
 468                                     resource_size(&crashk_res));
 469 #endif
 470
 471         /* map all the memory banks */
 472         for_each_memblock(memory, reg) {
 473                 phys_addr_t start = reg->base;
 474                 phys_addr_t end = start + reg->size;
 475
 476                 if (start >= end)
 477                         break;
 478                 if (memblock_is_nomap(reg))
 479                         continue;
 480
 481                 __map_memblock(pgdp, start, end, PAGE_KERNEL, flags);
 482         }
 483
 484         /*
 485          * Map the linear alias of the [_text, __init_begin) interval
 486          * as non-executable now, and remove the write permission in
 487          * mark_linear_text_alias_ro() below (which will be called after
 488          * alternative patching has completed). This makes the contents
 489          * of the region accessible to subsystems such as hibernate,
 490          * but protects it from inadvertent modification or execution.
 491          * Note that contiguous mappings cannot be remapped in this way,
 492          * so we should avoid them here.
 493          */
 494         __map_memblock(pgdp, kernel_start, kernel_end,
 495                        PAGE_KERNEL, NO_CONT_MAPPINGS);
 496         memblock_clear_nomap(kernel_start, kernel_end - kernel_start);
 497
 498 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
 499         /*
 500          * Use page-level mappings here so that we can shrink the region
 501          * in page granularity and put back unused memory to buddy system
 502          * through /sys/kernel/kexec_crash_size interface.
 503          */
 504         if (crashk_res.end) {
 505                 __map_memblock(pgdp, crashk_res.start, crashk_res.end + 1,
 506                                PAGE_KERNEL,
 507                                NO_BLOCK_MAPPINGS | NO_CONT_MAPPINGS);
 508                 memblock_clear_nomap(crashk_res.start,
 509                                      resource_size(&crashk_res));
 510         }
 511 #endif
 512 }
 513
 514 void mark_rodata_ro(void)
 515 {
 516         unsigned long section_size;
 517
 518         /*
 519          * mark .rodata as read only. Use __init_begin rather than __end_rodata
 520          * to cover NOTES and EXCEPTION_TABLE.
 521          */
 522         section_size = (unsigned long)__init_begin - (unsigned long)__start_rodata;
 523         update_mapping_prot(__pa_symbol(__start_rodata), (unsigned long)__start_rodata,
 524                             section_size, PAGE_KERNEL_RO);
 525
 526         debug_checkwx();
 527 }
 528
 529 static void __init map_kernel_segment(pgd_t *pgdp, void *va_start, void *va_end,
 530                                       pgprot_t prot, struct vm_struct *vma,
 531                                       int flags, unsigned long vm_flags)
 532 {
 533         phys_addr_t pa_start = __pa_symbol(va_start);
 534         unsigned long size = va_end - va_start;
 535
 536         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(pa_start));
 537         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(size));
 538
 539         __create_pgd_mapping(pgdp, pa_start, (unsigned long)va_start, size, prot,
 540                              early_pgtable_alloc, flags);
 541
 542         if (!(vm_flags & VM_NO_GUARD))
 543                 size += PAGE_SIZE;
 544
 545         vma->addr       = va_start;
 546         vma->phys_addr  = pa_start;
 547         vma->size       = size;
 548         vma->flags      = VM_MAP | vm_flags;
 549         vma->caller     = __builtin_return_address(0);
 550
 551         vm_area_add_early(vma);
 552 }
 553
 554 static int __init parse_rodata(char *arg)
 555 {
 556         int ret = strtobool(arg, &rodata_enabled);
 557         if (!ret) {
 558                 rodata_full = false;
 559                 return 0;
 560         }
 561
 562         /* permit 'full' in addition to boolean options */
 563         if (strcmp(arg, "full"))
 564                 return -EINVAL;
 565
 566         rodata_enabled = true;
 567         rodata_full = true;
 568         return 0;
 569 }
 570 early_param("rodata", parse_rodata);
 571
 572 #ifdef CONFIG_UNMAP_KERNEL_AT_EL0
 573 static int __init map_entry_trampoline(void)
 574 {
 575         pgprot_t prot = rodata_enabled ? PAGE_KERNEL_ROX : PAGE_KERNEL_EXEC;
 576         phys_addr_t pa_start = __pa_symbol(__entry_tramp_text_start);
 577
 578         /* The trampoline is always mapped and can therefore be global */
 579         pgprot_val(prot) &= ~PTE_NG;
 580
 581         /* Map only the text into the trampoline page table */
 582         memset(tramp_pg_dir, 0, PGD_SIZE);
 583         __create_pgd_mapping(tramp_pg_dir, pa_start, TRAMP_VALIAS, PAGE_SIZE,
 584                              prot, pgd_pgtable_alloc, 0);
 585
 586         /* Map both the text and data into the kernel page table */
 587         __set_fixmap(FIX_ENTRY_TRAMP_TEXT, pa_start, prot);
 588         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 589                 extern char __entry_tramp_data_start[];
 590
 591                 __set_fixmap(FIX_ENTRY_TRAMP_DATA,
 592                              __pa_symbol(__entry_tramp_data_start),
 593                              PAGE_KERNEL_RO);
 594         }
 595
 596         return 0;
 597 }
 598 core_initcall(map_entry_trampoline);
 599 #endif
 600
 601 /*
 602  * Create fine-grained mappings for the kernel.
 603  */
 604 static void __init map_kernel(pgd_t *pgdp)
 605 {
 606         static struct vm_struct vmlinux_text, vmlinux_rodata, vmlinux_inittext,
 607                                 vmlinux_initdata, vmlinux_data;
 608
 609         /*
 610          * External debuggers may need to write directly to the text
 611          * mapping to install SW breakpoints. Allow this (only) when
 612          * explicitly requested with rodata=off.
 613          */
 614         pgprot_t text_prot = rodata_enabled ? PAGE_KERNEL_ROX : PAGE_KERNEL_EXEC;
 615
 616         /*
 617          * Only rodata will be remapped with different permissions later on,
 618          * all other segments are allowed to use contiguous mappings.
 619          */
 620         map_kernel_segment(pgdp, _text, _etext, text_prot, &vmlinux_text, 0,
 621                            VM_NO_GUARD);
 622         map_kernel_segment(pgdp, __start_rodata, __inittext_begin, PAGE_KERNEL,
 623                            &vmlinux_rodata, NO_CONT_MAPPINGS, VM_NO_GUARD);
 624         map_kernel_segment(pgdp, __inittext_begin, __inittext_end, text_prot,
 625                            &vmlinux_inittext, 0, VM_NO_GUARD);
 626         map_kernel_segment(pgdp, __initdata_begin, __initdata_end, PAGE_KERNEL,
 627                            &vmlinux_initdata, 0, VM_NO_GUARD);
 628         map_kernel_segment(pgdp, _data, _end, PAGE_KERNEL, &vmlinux_data, 0, 0);
 629
 630         if (!READ_ONCE(pgd_val(*pgd_offset_raw(pgdp, FIXADDR_START)))) {
 631                 /*
 632                  * The fixmap falls in a separate pgd to the kernel, and doesn't
 633                  * live in the carveout for the swapper_pg_dir. We can simply
 634                  * re-use the existing dir for the fixmap.
 635                  */
 636                 set_pgd(pgd_offset_raw(pgdp, FIXADDR_START),
 637                         READ_ONCE(*pgd_offset_k(FIXADDR_START)));
 638         } else if (CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3) {
 639                 /*
 640                  * The fixmap shares its top level pgd entry with the kernel
 641                  * mapping. This can really only occur when we are running
 642                  * with 16k/4 levels, so we can simply reuse the pud level
 643                  * entry instead.
 644                  */
 645                 BUG_ON(!IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_16K_PAGES));
 646                 pud_populate(&init_mm,
 647                              pud_set_fixmap_offset(pgdp, FIXADDR_START),
 648                              lm_alias(bm_pmd));
 649                 pud_clear_fixmap();
 650         } else {
 651                 BUG();
 652         }
 653
 654         kasan_copy_shadow(pgdp);
 655 }
 656
 657 /*
 658  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 659  * maps and sets up the zero page.
 660  */
 661 void __init paging_init(void)
 662 {
 663         pgd_t *pgdp = pgd_set_fixmap(__pa_symbol(swapper_pg_dir));
 664
 665         map_kernel(pgdp);
 666         map_mem(pgdp);
 667
 668         pgd_clear_fixmap();
 669
 670         cpu_replace_ttbr1(lm_alias(swapper_pg_dir));
 671         init_mm.pgd = swapper_pg_dir;
 672
 673         memblock_free(__pa_symbol(init_pg_dir),
 674                       __pa_symbol(init_pg_end) - __pa_symbol(init_pg_dir));
 675
 676         memblock_allow_resize();
 677 }
 678
 679 /*
 680  * Check whether a kernel address is valid (derived from arch/x86/).
 681  */
 682 int kern_addr_valid(unsigned long addr)
 683 {
 684         pgd_t *pgdp;
 685         pud_t *pudp, pud;
 686         pmd_t *pmdp, pmd;
 687         pte_t *ptep, pte;
 688
 689         if ((((long)addr) >> VA_BITS) != -1UL)
 690                 return 0;
 691
 692         pgdp = pgd_offset_k(addr);
 693         if (pgd_none(READ_ONCE(*pgdp)))
 694                 return 0;
 695
 696         pudp = pud_offset(pgdp, addr);
 697         pud = READ_ONCE(*pudp);
 698         if (pud_none(pud))
 699                 return 0;
 700
 701         if (pud_sect(pud))
 702                 return pfn_valid(pud_pfn(pud));
 703
 704         pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 705         pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 706         if (pmd_none(pmd))
 707                 return 0;
 708
 709         if (pmd_sect(pmd))
 710                 return pfn_valid(pmd_pfn(pmd));
 711
 712         ptep = pte_offset_kernel(pmdp, addr);
 713         pte = READ_ONCE(*ptep);
 714         if (pte_none(pte))
 715                 return 0;
 716
 717         return pfn_valid(pte_pfn(pte));
 718 }
 719 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 720 #if !ARM64_SWAPPER_USES_SECTION_MAPS
 721 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
 722                 struct vmem_altmap *altmap)
 723 {
 724         return vmemmap_populate_basepages(start, end, node);
 725 }
 726 #else   /* !ARM64_SWAPPER_USES_SECTION_MAPS */
 727 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
 728                 struct vmem_altmap *altmap)
 729 {
 730         unsigned long addr = start;
 731         unsigned long next;
 732         pgd_t *pgdp;
 733         pud_t *pudp;
 734         pmd_t *pmdp;
 735
 736         do {
 737                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 738
 739                 pgdp = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
 740                 if (!pgdp)
 741                         return -ENOMEM;
 742
 743                 pudp = vmemmap_pud_populate(pgdp, addr, node);
 744                 if (!pudp)
 745                         return -ENOMEM;
 746
 747                 pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 748                 if (pmd_none(READ_ONCE(*pmdp))) {
 749                         void *p = NULL;
 750
 751                         p = vmemmap_alloc_block_buf(PMD_SIZE, node);
 752                         if (!p)
 753                                 return -ENOMEM;
 754
 755                         pmd_set_huge(pmdp, __pa(p), __pgprot(PROT_SECT_NORMAL));
 756                 } else
 757                         vmemmap_verify((pte_t *)pmdp, node, addr, next);
 758         } while (addr = next, addr != end);
 759
 760         return 0;
 761 }
 762 #endif  /* CONFIG_ARM64_64K_PAGES */
 763 void vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end,
 764                 struct vmem_altmap *altmap)
 765 {
 766 }
 767 #endif  /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 768
 769 static inline pud_t * fixmap_pud(unsigned long addr)
 770 {
 771         pgd_t *pgdp = pgd_offset_k(addr);
 772         pgd_t pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 773
 774         BUG_ON(pgd_none(pgd) || pgd_bad(pgd));
 775
 776         return pud_offset_kimg(pgdp, addr);
 777 }
 778
 779 static inline pmd_t * fixmap_pmd(unsigned long addr)
 780 {
 781         pud_t *pudp = fixmap_pud(addr);
 782         pud_t pud = READ_ONCE(*pudp);
 783
 784         BUG_ON(pud_none(pud) || pud_bad(pud));
 785
 786         return pmd_offset_kimg(pudp, addr);
 787 }
 788
 789 static inline pte_t * fixmap_pte(unsigned long addr)
 790 {
 791         return &bm_pte[pte_index(addr)];
 792 }
 793
 794 /*
 795  * The p*d_populate functions call virt_to_phys implicitly so they can't be used
 796  * directly on kernel symbols (bm_p*d). This function is called too early to use
 797  * lm_alias so __p*d_populate functions must be used to populate with the
 798  * physical address from __pa_symbol.
 799  */
 800 void __init early_fixmap_init(void)
 801 {
 802         pgd_t *pgdp, pgd;
 803         pud_t *pudp;
 804         pmd_t *pmdp;
 805         unsigned long addr = FIXADDR_START;
 806
 807         pgdp = pgd_offset_k(addr);
 808         pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 809         if (CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3 &&
 810             !(pgd_none(pgd) || pgd_page_paddr(pgd) == __pa_symbol(bm_pud))) {
 811                 /*
 812                  * We only end up here if the kernel mapping and the fixmap
 813                  * share the top level pgd entry, which should only happen on
 814                  * 16k/4 levels configurations.
 815                  */
 816                 BUG_ON(!IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_16K_PAGES));
 817                 pudp = pud_offset_kimg(pgdp, addr);
 818         } else {
 819                 if (pgd_none(pgd))
 820                         __pgd_populate(pgdp, __pa_symbol(bm_pud), PUD_TYPE_TABLE);
 821                 pudp = fixmap_pud(addr);
 822         }
 823         if (pud_none(READ_ONCE(*pudp)))
 824                 __pud_populate(pudp, __pa_symbol(bm_pmd), PMD_TYPE_TABLE);
 825         pmdp = fixmap_pmd(addr);
 826         __pmd_populate(pmdp, __pa_symbol(bm_pte), PMD_TYPE_TABLE);
 827
 828         /*
 829          * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which
 830          * we are not prepared:
 831          */
 832         BUILD_BUG_ON((__fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> PMD_SHIFT)
 833                      != (__fix_to_virt(FIX_BTMAP_END) >> PMD_SHIFT));
 834
 835         if ((pmdp != fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)))
 836              || pmdp != fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {
 837                 WARN_ON(1);
 838                 pr_warn("pmdp %p != %p, %p\n",
 839                         pmdp, fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)),
 840                         fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));
 841                 pr_warn("fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n",
 842                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 843                 pr_warn("fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n",
 844                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
 845
 846                 pr_warn("FIX_BTMAP_END:       %d\n", FIX_BTMAP_END);
 847                 pr_warn("FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n", FIX_BTMAP_BEGIN);
 848         }
 849 }
 850
 851 /*
 852  * Unusually, this is also called in IRQ context (ghes_iounmap_irq) so if we
 853  * ever need to use IPIs for TLB broadcasting, then we're in trouble here.
 854  */
 855 void __set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 856                                phys_addr_t phys, pgprot_t flags)
 857 {
 858         unsigned long addr = __fix_to_virt(idx);
 859         pte_t *ptep;
 860
 861         BUG_ON(idx <= FIX_HOLE || idx >= __end_of_fixed_addresses);
 862
 863         ptep = fixmap_pte(addr);
 864
 865         if (pgprot_val(flags)) {
 866                 set_pte(ptep, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 867         } else {
 868                 pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 869                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr+PAGE_SIZE);
 870         }
 871 }
 872
 873 void *__init __fixmap_remap_fdt(phys_addr_t dt_phys, int *size, pgprot_t prot)
 874 {
 875         const u64 dt_virt_base = __fix_to_virt(FIX_FDT);
 876         int offset;
 877         void *dt_virt;
 878
 879         /*
 880          * Check whether the physical FDT address is set and meets the minimum
 881          * alignment requirement. Since we are relying on MIN_FDT_ALIGN to be
 882          * at least 8 bytes so that we can always access the magic and size
 883          * fields of the FDT header after mapping the first chunk, double check
 884          * here if that is indeed the case.
 885          */
 886         BUILD_BUG_ON(MIN_FDT_ALIGN < 8);
 887         if (!dt_phys || dt_phys % MIN_FDT_ALIGN)
 888                 return NULL;
 889
 890         /*
 891          * Make sure that the FDT region can be mapped without the need to
 892          * allocate additional translation table pages, so that it is safe
 893          * to call create_mapping_noalloc() this early.
 894          *
 895          * On 64k pages, the FDT will be mapped using PTEs, so we need to
 896          * be in the same PMD as the rest of the fixmap.
 897          * On 4k pages, we'll use section mappings for the FDT so we only
 898          * have to be in the same PUD.
 899          */
 900         BUILD_BUG_ON(dt_virt_base % SZ_2M);
 901
 902         BUILD_BUG_ON(__fix_to_virt(FIX_FDT_END) >> SWAPPER_TABLE_SHIFT !=
 903                      __fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> SWAPPER_TABLE_SHIFT);
 904
 905         offset = dt_phys % SWAPPER_BLOCK_SIZE;
 906         dt_virt = (void *)dt_virt_base + offset;
 907
 908         /* map the first chunk so we can read the size from the header */
 909         create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE),
 910                         dt_virt_base, SWAPPER_BLOCK_SIZE, prot);
 911
 912         if (fdt_magic(dt_virt) != FDT_MAGIC)
 913                 return NULL;
 914
 915         *size = fdt_totalsize(dt_virt);
 916         if (*size > MAX_FDT_SIZE)
 917                 return NULL;
 918
 919         if (offset + *size > SWAPPER_BLOCK_SIZE)
 920                 create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE), dt_virt_base,
 921                                round_up(offset + *size, SWAPPER_BLOCK_SIZE), prot);
 922
 923         return dt_virt;
 924 }
 925
 926 void *__init fixmap_remap_fdt(phys_addr_t dt_phys)
 927 {
 928         void *dt_virt;
 929         int size;
 930
 931         dt_virt = __fixmap_remap_fdt(dt_phys, &size, PAGE_KERNEL_RO);
 932         if (!dt_virt)
 933                 return NULL;
 934
 935         memblock_reserve(dt_phys, size);
 936         return dt_virt;
 937 }
 938
 939 int __init arch_ioremap_pud_supported(void)
 940 {
 941         /* only 4k granule supports level 1 block mappings */
 942         return IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_4K_PAGES);
 943 }
 944
 945 int __init arch_ioremap_pmd_supported(void)
 946 {
 947         return 1;
 948 }
 949
 950 int pud_set_huge(pud_t *pudp, phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 951 {
 952         pgprot_t sect_prot = __pgprot(PUD_TYPE_SECT |
 953                                         pgprot_val(mk_sect_prot(prot)));
 954         pud_t new_pud = pfn_pud(__phys_to_pfn(phys), sect_prot);
 955
 956         /* Only allow permission changes for now */
 957         if (!pgattr_change_is_safe(READ_ONCE(pud_val(*pudp)),
 958                                    pud_val(new_pud)))
 959                 return 0;
 960
 961         BUG_ON(phys & ~PUD_MASK);
 962         set_pud(pudp, new_pud);
 963         return 1;
 964 }
 965
 966 int pmd_set_huge(pmd_t *pmdp, phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 967 {
 968         pgprot_t sect_prot = __pgprot(PMD_TYPE_SECT |
 969                                         pgprot_val(mk_sect_prot(prot)));
 970         pmd_t new_pmd = pfn_pmd(__phys_to_pfn(phys), sect_prot);
 971
 972         /* Only allow permission changes for now */
 973         if (!pgattr_change_is_safe(READ_ONCE(pmd_val(*pmdp)),
 974                                    pmd_val(new_pmd)))
 975                 return 0;
 976
 977         BUG_ON(phys & ~PMD_MASK);
 978         set_pmd(pmdp, new_pmd);
 979         return 1;
 980 }
 981
 982 int pud_clear_huge(pud_t *pudp)
 983 {
 984         if (!pud_sect(READ_ONCE(*pudp)))
 985                 return 0;
 986         pud_clear(pudp);
 987         return 1;
 988 }
 989
 990 int pmd_clear_huge(pmd_t *pmdp)
 991 {
 992         if (!pmd_sect(READ_ONCE(*pmdp)))
 993                 return 0;
 994         pmd_clear(pmdp);
 995         return 1;
 996 }
 997
 998 int pmd_free_pte_page(pmd_t *pmdp, unsigned long addr)
 999 {
1000         pte_t *table;
1001         pmd_t pmd;
1002
1003         pmd = READ_ONCE(*pmdp);
1004
1005         if (!pmd_table(pmd)) {
1006                 VM_WARN_ON(1);
1007                 return 1;
1008         }
1009
1010         table = pte_offset_kernel(pmdp, addr);
1011         pmd_clear(pmdp);
1012         __flush_tlb_kernel_pgtable(addr);
1013         pte_free_kernel(NULL, table);
1014         return 1;
1015 }
1016
1017 int pud_free_pmd_page(pud_t *pudp, unsigned long addr)
1018 {
1019         pmd_t *table;
1020         pmd_t *pmdp;
1021         pud_t pud;
1022         unsigned long next, end;
1023
1024         pud = READ_ONCE(*pudp);
1025
1026         if (!pud_table(pud)) {
1027                 VM_WARN_ON(1);
1028                 return 1;
1029         }
1030
1031         table = pmd_offset(pudp, addr);
1032         pmdp = table;
1033         next = addr;
1034         end = addr + PUD_SIZE;
1035         do {
1036                 pmd_free_pte_page(pmdp, next);
1037         } while (pmdp++, next += PMD_SIZE, next != end);
1038
1039         pud_clear(pudp);
1040         __flush_tlb_kernel_pgtable(addr);
1041         pmd_free(NULL, table);
1042         return 1;
1043 }
1044
1045 int p4d_free_pud_page(p4d_t *p4d, unsigned long addr)
1046 {
1047         return 0;       /* Don't attempt a block mapping */
1048 }
1049
1050 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1051 int arch_add_memory(int nid, u64 start, u64 size, struct vmem_altmap *altmap,
1052                     bool want_memblock)
1053 {
1054         int flags = 0;
1055
1056         if (rodata_full || debug_pagealloc_enabled())
1057                 flags = NO_BLOCK_MAPPINGS | NO_CONT_MAPPINGS;
1058
1059         __create_pgd_mapping(swapper_pg_dir, start, __phys_to_virt(start),
1060                              size, PAGE_KERNEL, pgd_pgtable_alloc, flags);
1061
1062         return __add_pages(nid, start >> PAGE_SHIFT, size >> PAGE_SHIFT,
1063                            altmap, want_memblock);
1064 }
1065 #endif