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 /* Compute zone sizes for the DMA and DMA32 zones in a node. */
 322 __init void
 323 size_zones(unsigned long *z, unsigned long *h,
 324            unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 325 {
 326         int i;
 327         unsigned long w;
 328
 329         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
 330                 z[i] = 0;
 331
 332         if (start_pfn < MAX_DMA_PFN)
 333                 z[ZONE_DMA] = MAX_DMA_PFN - start_pfn;
 334         if (start_pfn < MAX_DMA32_PFN) {
 335                 unsigned long dma32_pfn = MAX_DMA32_PFN;
 336                 if (dma32_pfn > end_pfn)
 337                         dma32_pfn = end_pfn;
 338                 z[ZONE_DMA32] = dma32_pfn - start_pfn;
 339         }
 340         z[ZONE_NORMAL] = end_pfn - start_pfn;
 341
 342         /* Remove lower zones from higher ones. */
 343         w = 0;
 344         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
 345                 if (z[i])
 346                         z[i] -= w;
 347                 w += z[i];
 348         }
 349
 350         /* Compute holes */
 351         w = 0;
 352         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
 353                 unsigned long s = w;
 354                 w += z[i];
 355                 h[i] = e820_hole_size(s, w);
 356         }
 357 }
 358
 359 #ifndef CONFIG_NUMA
 360 void __init paging_init(void)
 361 {
 362         unsigned long zones[MAX_NR_ZONES], holes[MAX_NR_ZONES];
 363         size_zones(zones, holes, 0, end_pfn);
 364         free_area_init_node(0, NODE_DATA(0), zones,
 365                             __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, holes);
 366 }
 367 #endif
 368
 369 /* Unmap a kernel mapping if it exists. This is useful to avoid prefetches
 370    from the CPU leading to inconsistent cache lines. address and size
 371    must be aligned to 2MB boundaries.
 372    Does nothing when the mapping doesn't exist. */
 373 void __init clear_kernel_mapping(unsigned long address, unsigned long size)
 374 {
 375         unsigned long end = address + size;
 376
 377         BUG_ON(address & ~LARGE_PAGE_MASK);
 378         BUG_ON(size & ~LARGE_PAGE_MASK);
 379
 380         for (; address < end; address += LARGE_PAGE_SIZE) {
 381                 pgd_t *pgd = pgd_offset_k(address);
 382                 pud_t *pud;
 383                 pmd_t *pmd;
 384                 if (pgd_none(*pgd))
 385                         continue;
 386                 pud = pud_offset(pgd, address);
 387                 if (pud_none(*pud))
 388                         continue;
 389                 pmd = pmd_offset(pud, address);
 390                 if (!pmd || pmd_none(*pmd))
 391                         continue;
 392                 if (0 == (pmd_val(*pmd) & _PAGE_PSE)) {
 393                         /* Could handle this, but it should not happen currently. */
 394                         printk(KERN_ERR
 395                "clear_kernel_mapping: mapping has been split. will leak memory\n");
 396                         pmd_ERROR(*pmd);
 397                 }
 398                 set_pmd(pmd, __pmd(0));
 399         }
 400         __flush_tlb_all();
 401 }
 402
 403 static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmalloc, kcore_kernel, kcore_modules,
 404                          kcore_vsyscall;
 405
 406 void __init mem_init(void)
 407 {
 408         long codesize, reservedpages, datasize, initsize;
 409
 410 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
 411         if (!iommu_aperture &&
 412             (end_pfn >= 0xffffffff>>PAGE_SHIFT || force_iommu))
 413                swiotlb = 1;
 414         if (swiotlb)
 415                 swiotlb_init();
 416 #endif
 417
 418         /* How many end-of-memory variables you have, grandma! */
 419         max_low_pfn = end_pfn;
 420         max_pfn = end_pfn;
 421         num_physpages = end_pfn;
 422         high_memory = (void *) __va(end_pfn * PAGE_SIZE);
 423
 424         /* clear the zero-page */
 425         memset(empty_zero_page, 0, PAGE_SIZE);
 426
 427         reservedpages = 0;
 428
 429         /* this will put all low memory onto the freelists */
 430 #ifdef CONFIG_NUMA
 431         totalram_pages = numa_free_all_bootmem();
 432 #else
 433         totalram_pages = free_all_bootmem();
 434 #endif
 435         reservedpages = end_pfn - totalram_pages - e820_hole_size(0, end_pfn);
 436
 437         after_bootmem = 1;
 438
 439         codesize =  (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_text;
 440         datasize =  (unsigned long) &_edata - (unsigned long) &_etext;
 441         initsize =  (unsigned long) &__init_end - (unsigned long) &__init_begin;
 442
 443         /* Register memory areas for /proc/kcore */
 444         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn << PAGE_SHIFT);
 445         kclist_add(&kcore_vmalloc, (void *)VMALLOC_START,
 446                    VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 447         kclist_add(&kcore_kernel, &_stext, _end - _stext);
 448         kclist_add(&kcore_modules, (void *)MODULES_VADDR, MODULES_LEN);
 449         kclist_add(&kcore_vsyscall, (void *)VSYSCALL_START,
 450                                  VSYSCALL_END - VSYSCALL_START);
 451
 452         printk("Memory: %luk/%luk available (%ldk kernel code, %ldk reserved, %ldk data, %ldk init)\n",
 453                 (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
 454                 end_pfn << (PAGE_SHIFT-10),
 455                 codesize >> 10,
 456                 reservedpages << (PAGE_SHIFT-10),
 457                 datasize >> 10,
 458                 initsize >> 10);
 459
 460         /*
 461          * Subtle. SMP is doing its boot stuff late (because it has to
 462          * fork idle threads) - but it also needs low mappings for the
 463          * protected-mode entry to work. We zap these entries only after
 464          * the WP-bit has been tested.
 465          */
 466 #ifndef CONFIG_SMP
 467         zap_low_mappings();
 468 #endif
 469 }
 470
 471 extern char __initdata_begin[], __initdata_end[];
 472
 473 void free_initmem(void)
 474 {
 475         unsigned long addr;
 476
 477         addr = (unsigned long)(&__init_begin);
 478         for (; addr < (unsigned long)(&__init_end); addr += PAGE_SIZE) {
 479                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 480                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 481                 memset((void *)(addr & ~(PAGE_SIZE-1)), 0xcc, PAGE_SIZE);
 482                 free_page(addr);
 483                 totalram_pages++;
 484         }
 485         memset(__initdata_begin, 0xba, __initdata_end - __initdata_begin);
 486         printk ("Freeing unused kernel memory: %luk freed\n", (&__init_end - &__init_begin) >> 10);
 487 }
 488
 489 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 490 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 491 {
 492         if (start < (unsigned long)&_end)
 493                 return;
 494         printk ("Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
 495         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 496                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 497                 set_page_count(virt_to_page(start), 1);
 498                 free_page(start);
 499                 totalram_pages++;
 500         }
 501 }
 502 #endif
 503
 504 void __init reserve_bootmem_generic(unsigned long phys, unsigned len)
 505 {
 506         /* Should check here against the e820 map to avoid double free */
 507 #ifdef CONFIG_NUMA
 508         int nid = phys_to_nid(phys);
 509         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nid), phys, len);
 510 #else
 511         reserve_bootmem(phys, len);
 512 #endif
 513 }
 514
 515 int kern_addr_valid(unsigned long addr)
 516 {
 517         unsigned long above = ((long)addr) >> __VIRTUAL_MASK_SHIFT;
 518        pgd_t *pgd;
 519        pud_t *pud;
 520        pmd_t *pmd;
 521        pte_t *pte;
 522
 523         if (above != 0 && above != -1UL)
 524                 return 0;
 525
 526         pgd = pgd_offset_k(addr);
 527         if (pgd_none(*pgd))
 528                 return 0;
 529
 530         pud = pud_offset(pgd, addr);
 531         if (pud_none(*pud))
 532                 return 0;
 533
 534         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 535         if (pmd_none(*pmd))
 536                 return 0;
 537         if (pmd_large(*pmd))
 538                 return pfn_valid(pmd_pfn(*pmd));
 539
 540         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 541         if (pte_none(*pte))
 542                 return 0;
 543         return pfn_valid(pte_pfn(*pte));
 544 }
 545
 546 #ifdef CONFIG_SYSCTL
 547 #include <linux/sysctl.h>
 548
 549 extern int exception_trace, page_fault_trace;
 550
 551 static ctl_table debug_table2[] = {
 552         { 99, "exception-trace", &exception_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
 553           proc_dointvec },
 554 #ifdef CONFIG_CHECKING
 555         { 100, "page-fault-trace", &page_fault_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
 556           proc_dointvec },
 557 #endif
 558         { 0, }
 559 };
 560
 561 static ctl_table debug_root_table2[] = {
 562         { .ctl_name = CTL_DEBUG, .procname = "debug", .mode = 0555,
 563            .child = debug_table2 },
 564         { 0 },
 565 };
 566
 567 static __init int x8664_sysctl_init(void)
 568 {
 569         register_sysctl_table(debug_root_table2, 1);
 570         return 0;
 571 }
 572 __initcall(x8664_sysctl_init);
 573 #endif
 574
 575 /* A pseudo VMAs to allow ptrace access for the vsyscall page.   This only
 576    covers the 64bit vsyscall page now. 32bit has a real VMA now and does
 577    not need special handling anymore. */
 578
 579 static struct vm_area_struct gate_vma = {
 580         .vm_start = VSYSCALL_START,
 581         .vm_end = VSYSCALL_END,
 582         .vm_page_prot = PAGE_READONLY
 583 };
 584
 585 struct vm_area_struct *get_gate_vma(struct task_struct *tsk)
 586 {
 587 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 588         if (test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_IA32))
 589                 return NULL;
 590 #endif
 591         return &gate_vma;
 592 }
 593
 594 int in_gate_area(struct task_struct *task, unsigned long addr)
 595 {
 596         struct vm_area_struct *vma = get_gate_vma(task);
 597         if (!vma)
 598                 return 0;
 599         return (addr >= vma->vm_start) && (addr < vma->vm_end);
 600 }
 601
 602 /* Use this when you have no reliable task/vma, typically from interrupt
 603  * context.  It is less reliable than using the task's vma and may give
 604  * false positives.
 605  */
 606 int in_gate_area_no_task(unsigned long addr)
 607 {
 608         return (addr >= VSYSCALL_START) && (addr < VSYSCALL_END);
 609 }