0c8c35dd645e4a84035fb2ec14a8415c30af3bb5
[linux-2.6-block.git] / arch / arm64 / mm / init.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Based on arch/arm/mm/init.c
4  *
5  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
6  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
7  */
8
9 #include <linux/kernel.h>
10 #include <linux/export.h>
11 #include <linux/errno.h>
12 #include <linux/swap.h>
13 #include <linux/init.h>
14 #include <linux/cache.h>
15 #include <linux/mman.h>
16 #include <linux/nodemask.h>
17 #include <linux/initrd.h>
18 #include <linux/gfp.h>
19 #include <linux/math.h>
20 #include <linux/memblock.h>
21 #include <linux/sort.h>
22 #include <linux/of.h>
23 #include <linux/of_fdt.h>
24 #include <linux/dma-direct.h>
25 #include <linux/dma-map-ops.h>
26 #include <linux/efi.h>
27 #include <linux/swiotlb.h>
28 #include <linux/vmalloc.h>
29 #include <linux/mm.h>
30 #include <linux/kexec.h>
31 #include <linux/crash_dump.h>
32 #include <linux/hugetlb.h>
33 #include <linux/acpi_iort.h>
34 #include <linux/kmemleak.h>
35 #include <linux/execmem.h>
36
37 #include <asm/boot.h>
38 #include <asm/fixmap.h>
39 #include <asm/kasan.h>
40 #include <asm/kernel-pgtable.h>
41 #include <asm/kvm_host.h>
42 #include <asm/memory.h>
43 #include <asm/numa.h>
44 #include <asm/rsi.h>
45 #include <asm/sections.h>
46 #include <asm/setup.h>
47 #include <linux/sizes.h>
48 #include <asm/tlb.h>
49 #include <asm/alternative.h>
50 #include <asm/xen/swiotlb-xen.h>
51
52 /*
53  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
54  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
55  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
56  * that cannot be mistaken for a real physical address.
57  */
58 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
59 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
60
61 /*
62  * If the corresponding config options are enabled, we create both ZONE_DMA
63  * and ZONE_DMA32. By default ZONE_DMA covers the 32-bit addressable memory
64  * unless restricted on specific platforms (e.g. 30-bit on Raspberry Pi 4).
65  * In such case, ZONE_DMA32 covers the rest of the 32-bit addressable memory,
66  * otherwise it is empty.
67  */
68 phys_addr_t __ro_after_init arm64_dma_phys_limit;
69
70 /*
71  * To make optimal use of block mappings when laying out the linear
72  * mapping, round down the base of physical memory to a size that can
73  * be mapped efficiently, i.e., either PUD_SIZE (4k granule) or PMD_SIZE
74  * (64k granule), or a multiple that can be mapped using contiguous bits
75  * in the page tables: 32 * PMD_SIZE (16k granule)
76  */
77 #if defined(CONFIG_ARM64_4K_PAGES)
78 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            PUD_SHIFT
79 #elif defined(CONFIG_ARM64_16K_PAGES)
80 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            CONT_PMD_SHIFT
81 #else
82 #define ARM64_MEMSTART_SHIFT            PMD_SHIFT
83 #endif
84
85 /*
86  * sparsemem vmemmap imposes an additional requirement on the alignment of
87  * memstart_addr, due to the fact that the base of the vmemmap region
88  * has a direct correspondence, and needs to appear sufficiently aligned
89  * in the virtual address space.
90  */
91 #if ARM64_MEMSTART_SHIFT < SECTION_SIZE_BITS
92 #define ARM64_MEMSTART_ALIGN    (1UL << SECTION_SIZE_BITS)
93 #else
94 #define ARM64_MEMSTART_ALIGN    (1UL << ARM64_MEMSTART_SHIFT)
95 #endif
96
97 static void __init arch_reserve_crashkernel(void)
98 {
99         unsigned long long low_size = 0;
100         unsigned long long crash_base, crash_size;
101         bool high = false;
102         int ret;
103
104         if (!IS_ENABLED(CONFIG_CRASH_RESERVE))
105                 return;
106
107         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
108                                 &crash_size, &crash_base,
109                                 &low_size, &high);
110         if (ret)
111                 return;
112
113         reserve_crashkernel_generic(crash_size, crash_base, low_size, high);
114 }
115
116 static phys_addr_t __init max_zone_phys(phys_addr_t zone_limit)
117 {
118         return min(zone_limit, memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
119 }
120
121 static void __init zone_sizes_init(void)
122 {
123         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
124         phys_addr_t __maybe_unused acpi_zone_dma_limit;
125         phys_addr_t __maybe_unused dt_zone_dma_limit;
126         phys_addr_t __maybe_unused dma32_phys_limit =
127                 max_zone_phys(DMA_BIT_MASK(32));
128
129 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
130         acpi_zone_dma_limit = acpi_iort_dma_get_max_cpu_address();
131         dt_zone_dma_limit = of_dma_get_max_cpu_address(NULL);
132         zone_dma_limit = min(dt_zone_dma_limit, acpi_zone_dma_limit);
133         /*
134          * Information we get from firmware (e.g. DT dma-ranges) describe DMA
135          * bus constraints. Devices using DMA might have their own limitations.
136          * Some of them rely on DMA zone in low 32-bit memory. Keep low RAM
137          * DMA zone on platforms that have RAM there.
138          */
139         if (memblock_start_of_DRAM() < U32_MAX)
140                 zone_dma_limit = min(zone_dma_limit, U32_MAX);
141         arm64_dma_phys_limit = max_zone_phys(zone_dma_limit);
142         max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
143 #endif
144 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
145         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(dma32_phys_limit);
146         if (!arm64_dma_phys_limit)
147                 arm64_dma_phys_limit = dma32_phys_limit;
148 #endif
149         if (!arm64_dma_phys_limit)
150                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
151         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_pfn;
152
153         free_area_init(max_zone_pfns);
154 }
155
156 int pfn_is_map_memory(unsigned long pfn)
157 {
158         phys_addr_t addr = PFN_PHYS(pfn);
159
160         /* avoid false positives for bogus PFNs, see comment in pfn_valid() */
161         if (PHYS_PFN(addr) != pfn)
162                 return 0;
163
164         return memblock_is_map_memory(addr);
165 }
166 EXPORT_SYMBOL(pfn_is_map_memory);
167
168 static phys_addr_t memory_limit __ro_after_init = PHYS_ADDR_MAX;
169
170 /*
171  * Limit the memory size that was specified via FDT.
172  */
173 static int __init early_mem(char *p)
174 {
175         if (!p)
176                 return 1;
177
178         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
179         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
180
181         return 0;
182 }
183 early_param("mem", early_mem);
184
185 void __init arm64_memblock_init(void)
186 {
187         s64 linear_region_size = PAGE_END - _PAGE_OFFSET(vabits_actual);
188
189         /*
190          * Corner case: 52-bit VA capable systems running KVM in nVHE mode may
191          * be limited in their ability to support a linear map that exceeds 51
192          * bits of VA space, depending on the placement of the ID map. Given
193          * that the placement of the ID map may be randomized, let's simply
194          * limit the kernel's linear map to 51 bits as well if we detect this
195          * configuration.
196          */
197         if (IS_ENABLED(CONFIG_KVM) && vabits_actual == 52 &&
198             is_hyp_mode_available() && !is_kernel_in_hyp_mode()) {
199                 pr_info("Capping linear region to 51 bits for KVM in nVHE mode on LVA capable hardware.\n");
200                 linear_region_size = min_t(u64, linear_region_size, BIT(51));
201         }
202
203         /* Remove memory above our supported physical address size */
204         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
205
206         /*
207          * Select a suitable value for the base of physical memory.
208          */
209         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
210                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
211
212         if ((memblock_end_of_DRAM() - memstart_addr) > linear_region_size)
213                 pr_warn("Memory doesn't fit in the linear mapping, VA_BITS too small\n");
214
215         /*
216          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
217          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
218          * high in memory.
219          */
220         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
221                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
222         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
223                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
224                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
225                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
226                 memblock_remove(0, memstart_addr);
227         }
228
229         /*
230          * If we are running with a 52-bit kernel VA config on a system that
231          * does not support it, we have to place the available physical
232          * memory in the 48-bit addressable part of the linear region, i.e.,
233          * we have to move it upward. Since memstart_addr represents the
234          * physical address of PAGE_OFFSET, we have to *subtract* from it.
235          */
236         if (IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_VA_BITS_52) && (vabits_actual != 52))
237                 memstart_addr -= _PAGE_OFFSET(vabits_actual) - _PAGE_OFFSET(52);
238
239         /*
240          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
241          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
242          * via the linear mapping.
243          */
244         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
245                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
246                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
247         }
248
249         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
250                 /*
251                  * Add back the memory we just removed if it results in the
252                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
253                  * Otherwise, this is a no-op
254                  */
255                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
256                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_start + phys_initrd_size) - base;
257
258                 /*
259                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
260                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
261                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
262                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
263                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
264                  * always access both.
265                  */
266                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
267                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
268                                        linear_region_size,
269                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
270                         phys_initrd_size = 0;
271                 } else {
272                         memblock_add(base, size);
273                         memblock_clear_nomap(base, size);
274                         memblock_reserve(base, size);
275                 }
276         }
277
278         /*
279          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
280          * pagetables with memblock.
281          */
282         memblock_reserve(__pa_symbol(_stext), _end - _stext);
283         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
284                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
285                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
286                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
287         }
288
289         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
290 }
291
292 void __init bootmem_init(void)
293 {
294         unsigned long min, max;
295
296         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
297         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
298
299         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
300
301         max_pfn = max_low_pfn = max;
302         min_low_pfn = min;
303
304         arch_numa_init();
305
306         /*
307          * must be done after arch_numa_init() which calls numa_init() to
308          * initialize node_online_map that gets used in hugetlb_cma_reserve()
309          * while allocating required CMA size across online nodes.
310          */
311 #if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) && defined(CONFIG_CMA)
312         arm64_hugetlb_cma_reserve();
313 #endif
314
315         kvm_hyp_reserve();
316
317         /*
318          * sparse_init() tries to allocate memory from memblock, so must be
319          * done after the fixed reservations
320          */
321         sparse_init();
322         zone_sizes_init();
323
324         /*
325          * Reserve the CMA area after arm64_dma_phys_limit was initialised.
326          */
327         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
328
329         /*
330          * request_standard_resources() depends on crashkernel's memory being
331          * reserved, so do it here.
332          */
333         arch_reserve_crashkernel();
334
335         memblock_dump_all();
336 }
337
338 void __init arch_mm_preinit(void)
339 {
340         unsigned int flags = SWIOTLB_VERBOSE;
341         bool swiotlb = max_pfn > PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
342
343         if (is_realm_world()) {
344                 swiotlb = true;
345                 flags |= SWIOTLB_FORCE;
346         }
347
348         if (IS_ENABLED(CONFIG_DMA_BOUNCE_UNALIGNED_KMALLOC) && !swiotlb) {
349                 /*
350                  * If no bouncing needed for ZONE_DMA, reduce the swiotlb
351                  * buffer for kmalloc() bouncing to 1MB per 1GB of RAM.
352                  */
353                 unsigned long size =
354                         DIV_ROUND_UP(memblock_phys_mem_size(), 1024);
355                 swiotlb_adjust_size(min(swiotlb_size_or_default(), size));
356                 swiotlb = true;
357         }
358
359         swiotlb_init(swiotlb, flags);
360         swiotlb_update_mem_attributes();
361
362         /*
363          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
364          * detected at build time already.
365          */
366 #ifdef CONFIG_COMPAT
367         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
368 #endif
369
370         /*
371          * Selected page table levels should match when derived from
372          * scratch using the virtual address range and page size.
373          */
374         BUILD_BUG_ON(ARM64_HW_PGTABLE_LEVELS(CONFIG_ARM64_VA_BITS) !=
375                      CONFIG_PGTABLE_LEVELS);
376
377         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
378                 extern int sysctl_overcommit_memory;
379                 /*
380                  * On a machine this small we won't get anywhere without
381                  * overcommit, so turn it on by default.
382                  */
383                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
384         }
385 }
386
387 void free_initmem(void)
388 {
389         void *lm_init_begin = lm_alias(__init_begin);
390         void *lm_init_end = lm_alias(__init_end);
391
392         WARN_ON(!IS_ALIGNED((unsigned long)lm_init_begin, PAGE_SIZE));
393         WARN_ON(!IS_ALIGNED((unsigned long)lm_init_end, PAGE_SIZE));
394
395         /* Delete __init region from memblock.reserved. */
396         memblock_free(lm_init_begin, lm_init_end - lm_init_begin);
397
398         free_reserved_area(lm_init_begin, lm_init_end,
399                            POISON_FREE_INITMEM, "unused kernel");
400         /*
401          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
402          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
403          * is not supported by kallsyms.
404          */
405         vunmap_range((u64)__init_begin, (u64)__init_end);
406 }
407
408 void dump_mem_limit(void)
409 {
410         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
411                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
412         } else {
413                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
414         }
415 }
416
417 #ifdef CONFIG_EXECMEM
418 static u64 module_direct_base __ro_after_init = 0;
419 static u64 module_plt_base __ro_after_init = 0;
420
421 /*
422  * Choose a random page-aligned base address for a window of 'size' bytes which
423  * entirely contains the interval [start, end - 1].
424  */
425 static u64 __init random_bounding_box(u64 size, u64 start, u64 end)
426 {
427         u64 max_pgoff, pgoff;
428
429         if ((end - start) >= size)
430                 return 0;
431
432         max_pgoff = (size - (end - start)) / PAGE_SIZE;
433         pgoff = get_random_u32_inclusive(0, max_pgoff);
434
435         return start - pgoff * PAGE_SIZE;
436 }
437
438 /*
439  * Modules may directly reference data and text anywhere within the kernel
440  * image and other modules. References using PREL32 relocations have a +/-2G
441  * range, and so we need to ensure that the entire kernel image and all modules
442  * fall within a 2G window such that these are always within range.
443  *
444  * Modules may directly branch to functions and code within the kernel text,
445  * and to functions and code within other modules. These branches will use
446  * CALL26/JUMP26 relocations with a +/-128M range. Without PLTs, we must ensure
447  * that the entire kernel text and all module text falls within a 128M window
448  * such that these are always within range. With PLTs, we can expand this to a
449  * 2G window.
450  *
451  * We chose the 128M region to surround the entire kernel image (rather than
452  * just the text) as using the same bounds for the 128M and 2G regions ensures
453  * by construction that we never select a 128M region that is not a subset of
454  * the 2G region. For very large and unusual kernel configurations this means
455  * we may fall back to PLTs where they could have been avoided, but this keeps
456  * the logic significantly simpler.
457  */
458 static int __init module_init_limits(void)
459 {
460         u64 kernel_end = (u64)_end;
461         u64 kernel_start = (u64)_text;
462         u64 kernel_size = kernel_end - kernel_start;
463
464         /*
465          * The default modules region is placed immediately below the kernel
466          * image, and is large enough to use the full 2G relocation range.
467          */
468         BUILD_BUG_ON(KIMAGE_VADDR != MODULES_END);
469         BUILD_BUG_ON(MODULES_VSIZE < SZ_2G);
470
471         if (!kaslr_enabled()) {
472                 if (kernel_size < SZ_128M)
473                         module_direct_base = kernel_end - SZ_128M;
474                 if (kernel_size < SZ_2G)
475                         module_plt_base = kernel_end - SZ_2G;
476         } else {
477                 u64 min = kernel_start;
478                 u64 max = kernel_end;
479
480                 if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_MODULE_REGION_FULL)) {
481                         pr_info("2G module region forced by RANDOMIZE_MODULE_REGION_FULL\n");
482                 } else {
483                         module_direct_base = random_bounding_box(SZ_128M, min, max);
484                         if (module_direct_base) {
485                                 min = module_direct_base;
486                                 max = module_direct_base + SZ_128M;
487                         }
488                 }
489
490                 module_plt_base = random_bounding_box(SZ_2G, min, max);
491         }
492
493         pr_info("%llu pages in range for non-PLT usage",
494                 module_direct_base ? (SZ_128M - kernel_size) / PAGE_SIZE : 0);
495         pr_info("%llu pages in range for PLT usage",
496                 module_plt_base ? (SZ_2G - kernel_size) / PAGE_SIZE : 0);
497
498         return 0;
499 }
500
501 static struct execmem_info execmem_info __ro_after_init;
502
503 struct execmem_info __init *execmem_arch_setup(void)
504 {
505         unsigned long fallback_start = 0, fallback_end = 0;
506         unsigned long start = 0, end = 0;
507
508         module_init_limits();
509
510         /*
511          * Where possible, prefer to allocate within direct branch range of the
512          * kernel such that no PLTs are necessary.
513          */
514         if (module_direct_base) {
515                 start = module_direct_base;
516                 end = module_direct_base + SZ_128M;
517
518                 if (module_plt_base) {
519                         fallback_start = module_plt_base;
520                         fallback_end = module_plt_base + SZ_2G;
521                 }
522         } else if (module_plt_base) {
523                 start = module_plt_base;
524                 end = module_plt_base + SZ_2G;
525         }
526
527         execmem_info = (struct execmem_info){
528                 .ranges = {
529                         [EXECMEM_DEFAULT] = {
530                                 .start  = start,
531                                 .end    = end,
532                                 .pgprot = PAGE_KERNEL,
533                                 .alignment = 1,
534                                 .fallback_start = fallback_start,
535                                 .fallback_end   = fallback_end,
536                         },
537                         [EXECMEM_KPROBES] = {
538                                 .start  = VMALLOC_START,
539                                 .end    = VMALLOC_END,
540                                 .pgprot = PAGE_KERNEL_ROX,
541                                 .alignment = 1,
542                         },
543                         [EXECMEM_BPF] = {
544                                 .start  = VMALLOC_START,
545                                 .end    = VMALLOC_END,
546                                 .pgprot = PAGE_KERNEL,
547                                 .alignment = 1,
548                         },
549                 },
550         };
551
552         return &execmem_info;
553 }
554 #endif /* CONFIG_EXECMEM */