mm/sparse-vmemmap.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Virtual Memory Map support
   4  *
   5  * (C) 2007 sgi. Christoph Lameter.
   6  *
   7  * Virtual memory maps allow VM primitives pfn_to_page, page_to_pfn,
   8  * virt_to_page, page_address() to be implemented as a base offset
   9  * calculation without memory access.
  10  *
  11  * However, virtual mappings need a page table and TLBs. Many Linux
  12  * architectures already map their physical space using 1-1 mappings
  13  * via TLBs. For those arches the virtual memory map is essentially
  14  * for free if we use the same page size as the 1-1 mappings. In that
  15  * case the overhead consists of a few additional pages that are
  16  * allocated to create a view of memory for vmemmap.
  17  *
  18  * The architecture is expected to provide a vmemmap_populate() function
  19  * to instantiate the mapping.
  20  */
  21 #include <linux/mm.h>
  22 #include <linux/mmzone.h>
  23 #include <linux/bootmem.h>
  24 #include <linux/memblock.h>
  25 #include <linux/memremap.h>
  26 #include <linux/highmem.h>
  27 #include <linux/slab.h>
  28 #include <linux/spinlock.h>
  29 #include <linux/vmalloc.h>
  30 #include <linux/sched.h>
  31 #include <asm/dma.h>
  32 #include <asm/pgalloc.h>
  33 #include <asm/pgtable.h>
  34
  35 /*
  36  * Allocate a block of memory to be used to back the virtual memory map
  37  * or to back the page tables that are used to create the mapping.
  38  * Uses the main allocators if they are available, else bootmem.
  39  */
  40
  41 static void * __ref __earlyonly_bootmem_alloc(int node,
  42                                 unsigned long size,
  43                                 unsigned long align,
  44                                 unsigned long goal)
  45 {
  46         return memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, goal,
  47                                                MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE, node);
  48 }
  49
  50 void * __meminit vmemmap_alloc_block(unsigned long size, int node)
  51 {
  52         /* If the main allocator is up use that, fallback to bootmem. */
  53         if (slab_is_available()) {
  54                 gfp_t gfp_mask = GFP_KERNEL|__GFP_RETRY_MAYFAIL|__GFP_NOWARN;
  55                 int order = get_order(size);
  56                 static bool warned;
  57                 struct page *page;
  58
  59                 page = alloc_pages_node(node, gfp_mask, order);
  60                 if (page)
  61                         return page_address(page);
  62
  63                 if (!warned) {
  64                         warn_alloc(gfp_mask & ~__GFP_NOWARN, NULL,
  65                                    "vmemmap alloc failure: order:%u", order);
  66                         warned = true;
  67                 }
  68                 return NULL;
  69         } else
  70                 return __earlyonly_bootmem_alloc(node, size, size,
  71                                 __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
  72 }
  73
  74 /* need to make sure size is all the same during early stage */
  75 void * __meminit vmemmap_alloc_block_buf(unsigned long size, int node)
  76 {
  77         void *ptr = sparse_buffer_alloc(size);
  78
  79         if (!ptr)
  80                 ptr = vmemmap_alloc_block(size, node);
  81         return ptr;
  82 }
  83
  84 static unsigned long __meminit vmem_altmap_next_pfn(struct vmem_altmap *altmap)
  85 {
  86         return altmap->base_pfn + altmap->reserve + altmap->alloc
  87                 + altmap->align;
  88 }
  89
  90 static unsigned long __meminit vmem_altmap_nr_free(struct vmem_altmap *altmap)
  91 {
  92         unsigned long allocated = altmap->alloc + altmap->align;
  93
  94         if (altmap->free > allocated)
  95                 return altmap->free - allocated;
  96         return 0;
  97 }
  98
  99 /**
 100  * altmap_alloc_block_buf - allocate pages from the device page map
 101  * @altmap:     device page map
 102  * @size:       size (in bytes) of the allocation
 103  *
 104  * Allocations are aligned to the size of the request.
 105  */
 106 void * __meminit altmap_alloc_block_buf(unsigned long size,
 107                 struct vmem_altmap *altmap)
 108 {
 109         unsigned long pfn, nr_pfns, nr_align;
 110
 111         if (size & ~PAGE_MASK) {
 112                 pr_warn_once("%s: allocations must be multiple of PAGE_SIZE (%ld)\n",
 113                                 __func__, size);
 114                 return NULL;
 115         }
 116
 117         pfn = vmem_altmap_next_pfn(altmap);
 118         nr_pfns = size >> PAGE_SHIFT;
 119         nr_align = 1UL << find_first_bit(&nr_pfns, BITS_PER_LONG);
 120         nr_align = ALIGN(pfn, nr_align) - pfn;
 121         if (nr_pfns + nr_align > vmem_altmap_nr_free(altmap))
 122                 return NULL;
 123
 124         altmap->alloc += nr_pfns;
 125         altmap->align += nr_align;
 126         pfn += nr_align;
 127
 128         pr_debug("%s: pfn: %#lx alloc: %ld align: %ld nr: %#lx\n",
 129                         __func__, pfn, altmap->alloc, altmap->align, nr_pfns);
 130         return __va(__pfn_to_phys(pfn));
 131 }
 132
 133 void __meminit vmemmap_verify(pte_t *pte, int node,
 134                                 unsigned long start, unsigned long end)
 135 {
 136         unsigned long pfn = pte_pfn(*pte);
 137         int actual_node = early_pfn_to_nid(pfn);
 138
 139         if (node_distance(actual_node, node) > LOCAL_DISTANCE)
 140                 pr_warn("[%lx-%lx] potential offnode page_structs\n",
 141                         start, end - 1);
 142 }
 143
 144 pte_t * __meminit vmemmap_pte_populate(pmd_t *pmd, unsigned long addr, int node)
 145 {
 146         pte_t *pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 147         if (pte_none(*pte)) {
 148                 pte_t entry;
 149                 void *p = vmemmap_alloc_block_buf(PAGE_SIZE, node);
 150                 if (!p)
 151                         return NULL;
 152                 entry = pfn_pte(__pa(p) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL);
 153                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry);
 154         }
 155         return pte;
 156 }
 157
 158 static void * __meminit vmemmap_alloc_block_zero(unsigned long size, int node)
 159 {
 160         void *p = vmemmap_alloc_block(size, node);
 161
 162         if (!p)
 163                 return NULL;
 164         memset(p, 0, size);
 165
 166         return p;
 167 }
 168
 169 pmd_t * __meminit vmemmap_pmd_populate(pud_t *pud, unsigned long addr, int node)
 170 {
 171         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
 172         if (pmd_none(*pmd)) {
 173                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 174                 if (!p)
 175                         return NULL;
 176                 pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, p);
 177         }
 178         return pmd;
 179 }
 180
 181 pud_t * __meminit vmemmap_pud_populate(p4d_t *p4d, unsigned long addr, int node)
 182 {
 183         pud_t *pud = pud_offset(p4d, addr);
 184         if (pud_none(*pud)) {
 185                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 186                 if (!p)
 187                         return NULL;
 188                 pud_populate(&init_mm, pud, p);
 189         }
 190         return pud;
 191 }
 192
 193 p4d_t * __meminit vmemmap_p4d_populate(pgd_t *pgd, unsigned long addr, int node)
 194 {
 195         p4d_t *p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 196         if (p4d_none(*p4d)) {
 197                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 198                 if (!p)
 199                         return NULL;
 200                 p4d_populate(&init_mm, p4d, p);
 201         }
 202         return p4d;
 203 }
 204
 205 pgd_t * __meminit vmemmap_pgd_populate(unsigned long addr, int node)
 206 {
 207         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 208         if (pgd_none(*pgd)) {
 209                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 210                 if (!p)
 211                         return NULL;
 212                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p);
 213         }
 214         return pgd;
 215 }
 216
 217 int __meminit vmemmap_populate_basepages(unsigned long start,
 218                                          unsigned long end, int node)
 219 {
 220         unsigned long addr = start;
 221         pgd_t *pgd;
 222         p4d_t *p4d;
 223         pud_t *pud;
 224         pmd_t *pmd;
 225         pte_t *pte;
 226
 227         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 228                 pgd = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
 229                 if (!pgd)
 230                         return -ENOMEM;
 231                 p4d = vmemmap_p4d_populate(pgd, addr, node);
 232                 if (!p4d)
 233                         return -ENOMEM;
 234                 pud = vmemmap_pud_populate(p4d, addr, node);
 235                 if (!pud)
 236                         return -ENOMEM;
 237                 pmd = vmemmap_pmd_populate(pud, addr, node);
 238                 if (!pmd)
 239                         return -ENOMEM;
 240                 pte = vmemmap_pte_populate(pmd, addr, node);
 241                 if (!pte)
 242                         return -ENOMEM;
 243                 vmemmap_verify(pte, node, addr, addr + PAGE_SIZE);
 244         }
 245
 246         return 0;
 247 }
 248
 249 struct page * __meminit sparse_mem_map_populate(unsigned long pnum, int nid,
 250                 struct vmem_altmap *altmap)
 251 {
 252         unsigned long start;
 253         unsigned long end;
 254         struct page *map;
 255
 256         map = pfn_to_page(pnum * PAGES_PER_SECTION);
 257         start = (unsigned long)map;
 258         end = (unsigned long)(map + PAGES_PER_SECTION);
 259
 260         if (vmemmap_populate(start, end, nid, altmap))
 261                 return NULL;
 262
 263         return map;
 264 }