arch/s390/mm/pgalloc.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  *  Page table allocation functions
   4  *
   5  *    Copyright IBM Corp. 2016
   6  *    Author(s): Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
   7  */
   8
   9 #include <linux/sysctl.h>
  10 #include <linux/slab.h>
  11 #include <linux/mm.h>
  12 #include <asm/mmu_context.h>
  13 #include <asm/page-states.h>
  14 #include <asm/pgalloc.h>
  15 #include <asm/gmap.h>
  16 #include <asm/tlb.h>
  17 #include <asm/tlbflush.h>
  18
  19 #ifdef CONFIG_PGSTE
  20
  21 int page_table_allocate_pgste = 0;
  22 EXPORT_SYMBOL(page_table_allocate_pgste);
  23
  24 static struct ctl_table page_table_sysctl[] = {
  25         {
  26                 .procname       = "allocate_pgste",
  27                 .data           = &page_table_allocate_pgste,
  28                 .maxlen         = sizeof(int),
  29                 .mode           = S_IRUGO | S_IWUSR,
  30                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
  31                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
  32                 .extra2         = SYSCTL_ONE,
  33         },
  34 };
  35
  36 static int __init page_table_register_sysctl(void)
  37 {
  38         return register_sysctl("vm", page_table_sysctl) ? 0 : -ENOMEM;
  39 }
  40 __initcall(page_table_register_sysctl);
  41
  42 #endif /* CONFIG_PGSTE */
  43
  44 unsigned long *crst_table_alloc(struct mm_struct *mm)
  45 {
  46         struct ptdesc *ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, CRST_ALLOC_ORDER);
  47         unsigned long *table;
  48
  49         if (!ptdesc)
  50                 return NULL;
  51         table = ptdesc_to_virt(ptdesc);
  52         __arch_set_page_dat(table, 1UL << CRST_ALLOC_ORDER);
  53         return table;
  54 }
  55
  56 void crst_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
  57 {
  58         pagetable_free(virt_to_ptdesc(table));
  59 }
  60
  61 static void __crst_table_upgrade(void *arg)
  62 {
  63         struct mm_struct *mm = arg;
  64
  65         /* change all active ASCEs to avoid the creation of new TLBs */
  66         if (current->active_mm == mm) {
  67                 S390_lowcore.user_asce.val = mm->context.asce;
  68                 local_ctl_load(7, &S390_lowcore.user_asce);
  69         }
  70         __tlb_flush_local();
  71 }
  72
  73 int crst_table_upgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long end)
  74 {
  75         unsigned long *pgd = NULL, *p4d = NULL, *__pgd;
  76         unsigned long asce_limit = mm->context.asce_limit;
  77
  78         /* upgrade should only happen from 3 to 4, 3 to 5, or 4 to 5 levels */
  79         VM_BUG_ON(asce_limit < _REGION2_SIZE);
  80
  81         if (end <= asce_limit)
  82                 return 0;
  83
  84         if (asce_limit == _REGION2_SIZE) {
  85                 p4d = crst_table_alloc(mm);
  86                 if (unlikely(!p4d))
  87                         goto err_p4d;
  88                 crst_table_init(p4d, _REGION2_ENTRY_EMPTY);
  89         }
  90         if (end > _REGION1_SIZE) {
  91                 pgd = crst_table_alloc(mm);
  92                 if (unlikely(!pgd))
  93                         goto err_pgd;
  94                 crst_table_init(pgd, _REGION1_ENTRY_EMPTY);
  95         }
  96
  97         spin_lock_bh(&mm->page_table_lock);
  98
  99         /*
 100          * This routine gets called with mmap_lock lock held and there is
 101          * no reason to optimize for the case of otherwise. However, if
 102          * that would ever change, the below check will let us know.
 103          */
 104         VM_BUG_ON(asce_limit != mm->context.asce_limit);
 105
 106         if (p4d) {
 107                 __pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
 108                 p4d_populate(mm, (p4d_t *) p4d, (pud_t *) __pgd);
 109                 mm->pgd = (pgd_t *) p4d;
 110                 mm->context.asce_limit = _REGION1_SIZE;
 111                 mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
 112                         _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION2;
 113                 mm_inc_nr_puds(mm);
 114         }
 115         if (pgd) {
 116                 __pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
 117                 pgd_populate(mm, (pgd_t *) pgd, (p4d_t *) __pgd);
 118                 mm->pgd = (pgd_t *) pgd;
 119                 mm->context.asce_limit = TASK_SIZE_MAX;
 120                 mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
 121                         _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION1;
 122         }
 123
 124         spin_unlock_bh(&mm->page_table_lock);
 125
 126         on_each_cpu(__crst_table_upgrade, mm, 0);
 127
 128         return 0;
 129
 130 err_pgd:
 131         crst_table_free(mm, p4d);
 132 err_p4d:
 133         return -ENOMEM;
 134 }
 135
 136 #ifdef CONFIG_PGSTE
 137
 138 struct ptdesc *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm)
 139 {
 140         struct ptdesc *ptdesc;
 141         u64 *table;
 142
 143         ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, 0);
 144         if (ptdesc) {
 145                 table = (u64 *)ptdesc_to_virt(ptdesc);
 146                 __arch_set_page_dat(table, 1);
 147                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
 148                 memset64(table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
 149         }
 150         return ptdesc;
 151 }
 152
 153 void page_table_free_pgste(struct ptdesc *ptdesc)
 154 {
 155         pagetable_free(ptdesc);
 156 }
 157
 158 #endif /* CONFIG_PGSTE */
 159
 160 unsigned long *page_table_alloc(struct mm_struct *mm)
 161 {
 162         struct ptdesc *ptdesc;
 163         unsigned long *table;
 164
 165         ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, 0);
 166         if (!ptdesc)
 167                 return NULL;
 168         if (!pagetable_pte_ctor(ptdesc)) {
 169                 pagetable_free(ptdesc);
 170                 return NULL;
 171         }
 172         table = ptdesc_to_virt(ptdesc);
 173         __arch_set_page_dat(table, 1);
 174         /* pt_list is used by gmap only */
 175         INIT_LIST_HEAD(&ptdesc->pt_list);
 176         memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
 177         memset64((u64 *)table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
 178         return table;
 179 }
 180
 181 static void pagetable_pte_dtor_free(struct ptdesc *ptdesc)
 182 {
 183         pagetable_pte_dtor(ptdesc);
 184         pagetable_free(ptdesc);
 185 }
 186
 187 void page_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
 188 {
 189         struct ptdesc *ptdesc = virt_to_ptdesc(table);
 190
 191         pagetable_pte_dtor_free(ptdesc);
 192 }
 193
 194 void __tlb_remove_table(void *table)
 195 {
 196         struct ptdesc *ptdesc = virt_to_ptdesc(table);
 197         struct page *page = ptdesc_page(ptdesc);
 198
 199         if (compound_order(page) == CRST_ALLOC_ORDER) {
 200                 /* pmd, pud, or p4d */
 201                 pagetable_free(ptdesc);
 202                 return;
 203         }
 204         pagetable_pte_dtor_free(ptdesc);
 205 }
 206
 207 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 208 static void pte_free_now(struct rcu_head *head)
 209 {
 210         struct ptdesc *ptdesc = container_of(head, struct ptdesc, pt_rcu_head);
 211
 212         pagetable_pte_dtor_free(ptdesc);
 213 }
 214
 215 void pte_free_defer(struct mm_struct *mm, pgtable_t pgtable)
 216 {
 217         struct ptdesc *ptdesc = virt_to_ptdesc(pgtable);
 218
 219         call_rcu(&ptdesc->pt_rcu_head, pte_free_now);
 220         /*
 221          * THPs are not allowed for KVM guests. Warn if pgste ever reaches here.
 222          * Turn to the generic pte_free_defer() version once gmap is removed.
 223          */
 224         WARN_ON_ONCE(mm_has_pgste(mm));
 225 }
 226 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 227
 228 /*
 229  * Base infrastructure required to generate basic asces, region, segment,
 230  * and page tables that do not make use of enhanced features like EDAT1.
 231  */
 232
 233 static struct kmem_cache *base_pgt_cache;
 234
 235 static unsigned long *base_pgt_alloc(void)
 236 {
 237         unsigned long *table;
 238
 239         table = kmem_cache_alloc(base_pgt_cache, GFP_KERNEL);
 240         if (table)
 241                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
 242         return table;
 243 }
 244
 245 static void base_pgt_free(unsigned long *table)
 246 {
 247         kmem_cache_free(base_pgt_cache, table);
 248 }
 249
 250 static unsigned long *base_crst_alloc(unsigned long val)
 251 {
 252         unsigned long *table;
 253         struct ptdesc *ptdesc;
 254
 255         ptdesc = pagetable_alloc(GFP_KERNEL, CRST_ALLOC_ORDER);
 256         if (!ptdesc)
 257                 return NULL;
 258         table = ptdesc_address(ptdesc);
 259         crst_table_init(table, val);
 260         return table;
 261 }
 262
 263 static void base_crst_free(unsigned long *table)
 264 {
 265         pagetable_free(virt_to_ptdesc(table));
 266 }
 267
 268 #define BASE_ADDR_END_FUNC(NAME, SIZE)                                  \
 269 static inline unsigned long base_##NAME##_addr_end(unsigned long addr,  \
 270                                                    unsigned long end)   \
 271 {                                                                       \
 272         unsigned long next = (addr + (SIZE)) & ~((SIZE) - 1);           \
 273                                                                         \
 274         return (next - 1) < (end - 1) ? next : end;                     \
 275 }
 276
 277 BASE_ADDR_END_FUNC(page,    _PAGE_SIZE)
 278 BASE_ADDR_END_FUNC(segment, _SEGMENT_SIZE)
 279 BASE_ADDR_END_FUNC(region3, _REGION3_SIZE)
 280 BASE_ADDR_END_FUNC(region2, _REGION2_SIZE)
 281 BASE_ADDR_END_FUNC(region1, _REGION1_SIZE)
 282
 283 static inline unsigned long base_lra(unsigned long address)
 284 {
 285         unsigned long real;
 286
 287         asm volatile(
 288                 "       lra     %0,0(%1)\n"
 289                 : "=d" (real) : "a" (address) : "cc");
 290         return real;
 291 }
 292
 293 static int base_page_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 294                           unsigned long end, int alloc)
 295 {
 296         unsigned long *pte, next;
 297
 298         if (!alloc)
 299                 return 0;
 300         pte = origin;
 301         pte += (addr & _PAGE_INDEX) >> _PAGE_SHIFT;
 302         do {
 303                 next = base_page_addr_end(addr, end);
 304                 *pte = base_lra(addr);
 305         } while (pte++, addr = next, addr < end);
 306         return 0;
 307 }
 308
 309 static int base_segment_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 310                              unsigned long end, int alloc)
 311 {
 312         unsigned long *ste, next, *table;
 313         int rc;
 314
 315         ste = origin;
 316         ste += (addr & _SEGMENT_INDEX) >> _SEGMENT_SHIFT;
 317         do {
 318                 next = base_segment_addr_end(addr, end);
 319                 if (*ste & _SEGMENT_ENTRY_INVALID) {
 320                         if (!alloc)
 321                                 continue;
 322                         table = base_pgt_alloc();
 323                         if (!table)
 324                                 return -ENOMEM;
 325                         *ste = __pa(table) | _SEGMENT_ENTRY;
 326                 }
 327                 table = __va(*ste & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN);
 328                 rc = base_page_walk(table, addr, next, alloc);
 329                 if (rc)
 330                         return rc;
 331                 if (!alloc)
 332                         base_pgt_free(table);
 333                 cond_resched();
 334         } while (ste++, addr = next, addr < end);
 335         return 0;
 336 }
 337
 338 static int base_region3_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 339                              unsigned long end, int alloc)
 340 {
 341         unsigned long *rtte, next, *table;
 342         int rc;
 343
 344         rtte = origin;
 345         rtte += (addr & _REGION3_INDEX) >> _REGION3_SHIFT;
 346         do {
 347                 next = base_region3_addr_end(addr, end);
 348                 if (*rtte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
 349                         if (!alloc)
 350                                 continue;
 351                         table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
 352                         if (!table)
 353                                 return -ENOMEM;
 354                         *rtte = __pa(table) | _REGION3_ENTRY;
 355                 }
 356                 table = __va(*rtte & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 357                 rc = base_segment_walk(table, addr, next, alloc);
 358                 if (rc)
 359                         return rc;
 360                 if (!alloc)
 361                         base_crst_free(table);
 362         } while (rtte++, addr = next, addr < end);
 363         return 0;
 364 }
 365
 366 static int base_region2_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 367                              unsigned long end, int alloc)
 368 {
 369         unsigned long *rste, next, *table;
 370         int rc;
 371
 372         rste = origin;
 373         rste += (addr & _REGION2_INDEX) >> _REGION2_SHIFT;
 374         do {
 375                 next = base_region2_addr_end(addr, end);
 376                 if (*rste & _REGION_ENTRY_INVALID) {
 377                         if (!alloc)
 378                                 continue;
 379                         table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
 380                         if (!table)
 381                                 return -ENOMEM;
 382                         *rste = __pa(table) | _REGION2_ENTRY;
 383                 }
 384                 table = __va(*rste & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 385                 rc = base_region3_walk(table, addr, next, alloc);
 386                 if (rc)
 387                         return rc;
 388                 if (!alloc)
 389                         base_crst_free(table);
 390         } while (rste++, addr = next, addr < end);
 391         return 0;
 392 }
 393
 394 static int base_region1_walk(unsigned long *origin, unsigned long addr,
 395                              unsigned long end, int alloc)
 396 {
 397         unsigned long *rfte, next, *table;
 398         int rc;
 399
 400         rfte = origin;
 401         rfte += (addr & _REGION1_INDEX) >> _REGION1_SHIFT;
 402         do {
 403                 next = base_region1_addr_end(addr, end);
 404                 if (*rfte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
 405                         if (!alloc)
 406                                 continue;
 407                         table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
 408                         if (!table)
 409                                 return -ENOMEM;
 410                         *rfte = __pa(table) | _REGION1_ENTRY;
 411                 }
 412                 table = __va(*rfte & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 413                 rc = base_region2_walk(table, addr, next, alloc);
 414                 if (rc)
 415                         return rc;
 416                 if (!alloc)
 417                         base_crst_free(table);
 418         } while (rfte++, addr = next, addr < end);
 419         return 0;
 420 }
 421
 422 /**
 423  * base_asce_free - free asce and tables returned from base_asce_alloc()
 424  * @asce: asce to be freed
 425  *
 426  * Frees all region, segment, and page tables that were allocated with a
 427  * corresponding base_asce_alloc() call.
 428  */
 429 void base_asce_free(unsigned long asce)
 430 {
 431         unsigned long *table = __va(asce & _ASCE_ORIGIN);
 432
 433         if (!asce)
 434                 return;
 435         switch (asce & _ASCE_TYPE_MASK) {
 436         case _ASCE_TYPE_SEGMENT:
 437                 base_segment_walk(table, 0, _REGION3_SIZE, 0);
 438                 break;
 439         case _ASCE_TYPE_REGION3:
 440                 base_region3_walk(table, 0, _REGION2_SIZE, 0);
 441                 break;
 442         case _ASCE_TYPE_REGION2:
 443                 base_region2_walk(table, 0, _REGION1_SIZE, 0);
 444                 break;
 445         case _ASCE_TYPE_REGION1:
 446                 base_region1_walk(table, 0, TASK_SIZE_MAX, 0);
 447                 break;
 448         }
 449         base_crst_free(table);
 450 }
 451
 452 static int base_pgt_cache_init(void)
 453 {
 454         static DEFINE_MUTEX(base_pgt_cache_mutex);
 455         unsigned long sz = _PAGE_TABLE_SIZE;
 456
 457         if (base_pgt_cache)
 458                 return 0;
 459         mutex_lock(&base_pgt_cache_mutex);
 460         if (!base_pgt_cache)
 461                 base_pgt_cache = kmem_cache_create("base_pgt", sz, sz, 0, NULL);
 462         mutex_unlock(&base_pgt_cache_mutex);
 463         return base_pgt_cache ? 0 : -ENOMEM;
 464 }
 465
 466 /**
 467  * base_asce_alloc - create kernel mapping without enhanced DAT features
 468  * @addr: virtual start address of kernel mapping
 469  * @num_pages: number of consecutive pages
 470  *
 471  * Generate an asce, including all required region, segment and page tables,
 472  * that can be used to access the virtual kernel mapping. The difference is
 473  * that the returned asce does not make use of any enhanced DAT features like
 474  * e.g. large pages. This is required for some I/O functions that pass an
 475  * asce, like e.g. some service call requests.
 476  *
 477  * Note: the returned asce may NEVER be attached to any cpu. It may only be
 478  *       used for I/O requests. tlb entries that might result because the
 479  *       asce was attached to a cpu won't be cleared.
 480  */
 481 unsigned long base_asce_alloc(unsigned long addr, unsigned long num_pages)
 482 {
 483         unsigned long asce, *table, end;
 484         int rc;
 485
 486         if (base_pgt_cache_init())
 487                 return 0;
 488         end = addr + num_pages * PAGE_SIZE;
 489         if (end <= _REGION3_SIZE) {
 490                 table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
 491                 if (!table)
 492                         return 0;
 493                 rc = base_segment_walk(table, addr, end, 1);
 494                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_SEGMENT | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 495         } else if (end <= _REGION2_SIZE) {
 496                 table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
 497                 if (!table)
 498                         return 0;
 499                 rc = base_region3_walk(table, addr, end, 1);
 500                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_REGION3 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 501         } else if (end <= _REGION1_SIZE) {
 502                 table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
 503                 if (!table)
 504                         return 0;
 505                 rc = base_region2_walk(table, addr, end, 1);
 506                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_REGION2 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 507         } else {
 508                 table = base_crst_alloc(_REGION1_ENTRY_EMPTY);
 509                 if (!table)
 510                         return 0;
 511                 rc = base_region1_walk(table, addr, end, 1);
 512                 asce = __pa(table) | _ASCE_TYPE_REGION1 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
 513         }
 514         if (rc) {
 515                 base_asce_free(asce);
 516                 asce = 0;
 517         }
 518         return asce;
 519 }