arch/ia64/mm/init.c

   1 /*
   2  * Initialize MMU support.
   3  *
   4  * Copyright (C) 1998-2003 Hewlett-Packard Co
   5  *      David Mosberger-Tang <davidm@hpl.hp.com>
   6  */
   7 #include <linux/config.h>
   8 #include <linux/kernel.h>
   9 #include <linux/init.h>
  10
  11 #include <linux/bootmem.h>
  12 #include <linux/efi.h>
  13 #include <linux/elf.h>
  14 #include <linux/mm.h>
  15 #include <linux/mmzone.h>
  16 #include <linux/module.h>
  17 #include <linux/personality.h>
  18 #include <linux/reboot.h>
  19 #include <linux/slab.h>
  20 #include <linux/swap.h>
  21 #include <linux/proc_fs.h>
  22 #include <linux/bitops.h>
  23
  24 #include <asm/a.out.h>
  25 #include <asm/dma.h>
  26 #include <asm/ia32.h>
  27 #include <asm/io.h>
  28 #include <asm/machvec.h>
  29 #include <asm/numa.h>
  30 #include <asm/patch.h>
  31 #include <asm/pgalloc.h>
  32 #include <asm/sal.h>
  33 #include <asm/sections.h>
  34 #include <asm/system.h>
  35 #include <asm/tlb.h>
  36 #include <asm/uaccess.h>
  37 #include <asm/unistd.h>
  38 #include <asm/mca.h>
  39
  40 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  41
  42 extern void ia64_tlb_init (void);
  43
  44 unsigned long MAX_DMA_ADDRESS = PAGE_OFFSET + 0x100000000UL;
  45
  46 #ifdef CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP
  47 unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END_INIT;
  48 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_end);
  49 struct page *vmem_map;
  50 EXPORT_SYMBOL(vmem_map);
  51 #endif
  52
  53 static int pgt_cache_water[2] = { 25, 50 };
  54
  55 struct page *zero_page_memmap_ptr;              /* map entry for zero page */
  56 EXPORT_SYMBOL(zero_page_memmap_ptr);
  57
  58 void
  59 check_pgt_cache (void)
  60 {
  61         int low, high;
  62
  63         low = pgt_cache_water[0];
  64         high = pgt_cache_water[1];
  65
  66         preempt_disable();
  67         if (pgtable_cache_size > (u64) high) {
  68                 do {
  69                         if (pgd_quicklist)
  70                                 free_page((unsigned long)pgd_alloc_one_fast(NULL));
  71                         if (pmd_quicklist)
  72                                 free_page((unsigned long)pmd_alloc_one_fast(NULL, 0));
  73                 } while (pgtable_cache_size > (u64) low);
  74         }
  75         preempt_enable();
  76 }
  77
  78 void
  79 lazy_mmu_prot_update (pte_t pte)
  80 {
  81         unsigned long addr;
  82         struct page *page;
  83
  84         if (!pte_exec(pte))
  85                 return;                         /* not an executable page... */
  86
  87         page = pte_page(pte);
  88         addr = (unsigned long) page_address(page);
  89
  90         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
  91                 return;                         /* i-cache is already coherent with d-cache */
  92
  93         flush_icache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
  94         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);       /* mark page as clean */
  95 }
  96
  97 inline void
  98 ia64_set_rbs_bot (void)
  99 {
 100         unsigned long stack_size = current->signal->rlim[RLIMIT_STACK].rlim_max & -16;
 101
 102         if (stack_size > MAX_USER_STACK_SIZE)
 103                 stack_size = MAX_USER_STACK_SIZE;
 104         current->thread.rbs_bot = STACK_TOP - stack_size;
 105 }
 106
 107 /*
 108  * This performs some platform-dependent address space initialization.
 109  * On IA-64, we want to setup the VM area for the register backing
 110  * store (which grows upwards) and install the gateway page which is
 111  * used for signal trampolines, etc.
 112  */
 113 void
 114 ia64_init_addr_space (void)
 115 {
 116         struct vm_area_struct *vma;
 117
 118         ia64_set_rbs_bot();
 119
 120         /*
 121          * If we're out of memory and kmem_cache_alloc() returns NULL, we simply ignore
 122          * the problem.  When the process attempts to write to the register backing store
 123          * for the first time, it will get a SEGFAULT in this case.
 124          */
 125         vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);
 126         if (vma) {
 127                 memset(vma, 0, sizeof(*vma));
 128                 vma->vm_mm = current->mm;
 129                 vma->vm_start = current->thread.rbs_bot & PAGE_MASK;
 130                 vma->vm_end = vma->vm_start + PAGE_SIZE;
 131                 vma->vm_page_prot = protection_map[VM_DATA_DEFAULT_FLAGS & 0x7];
 132                 vma->vm_flags = VM_DATA_DEFAULT_FLAGS | VM_GROWSUP;
 133                 down_write(&current->mm->mmap_sem);
 134                 if (insert_vm_struct(current->mm, vma)) {
 135                         up_write(&current->mm->mmap_sem);
 136                         kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
 137                         return;
 138                 }
 139                 up_write(&current->mm->mmap_sem);
 140         }
 141
 142         /* map NaT-page at address zero to speed up speculative dereferencing of NULL: */
 143         if (!(current->personality & MMAP_PAGE_ZERO)) {
 144                 vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);
 145                 if (vma) {
 146                         memset(vma, 0, sizeof(*vma));
 147                         vma->vm_mm = current->mm;
 148                         vma->vm_end = PAGE_SIZE;
 149                         vma->vm_page_prot = __pgprot(pgprot_val(PAGE_READONLY) | _PAGE_MA_NAT);
 150                         vma->vm_flags = VM_READ | VM_MAYREAD | VM_IO | VM_RESERVED;
 151                         down_write(&current->mm->mmap_sem);
 152                         if (insert_vm_struct(current->mm, vma)) {
 153                                 up_write(&current->mm->mmap_sem);
 154                                 kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
 155                                 return;
 156                         }
 157                         up_write(&current->mm->mmap_sem);
 158                 }
 159         }
 160 }
 161
 162 void
 163 free_initmem (void)
 164 {
 165         unsigned long addr, eaddr;
 166
 167         addr = (unsigned long) ia64_imva(__init_begin);
 168         eaddr = (unsigned long) ia64_imva(__init_end);
 169         while (addr < eaddr) {
 170                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 171                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 172                 free_page(addr);
 173                 ++totalram_pages;
 174                 addr += PAGE_SIZE;
 175         }
 176         printk(KERN_INFO "Freeing unused kernel memory: %ldkB freed\n",
 177                (__init_end - __init_begin) >> 10);
 178 }
 179
 180 void
 181 free_initrd_mem (unsigned long start, unsigned long end)
 182 {
 183         struct page *page;
 184         /*
 185          * EFI uses 4KB pages while the kernel can use 4KB or bigger.
 186          * Thus EFI and the kernel may have different page sizes. It is
 187          * therefore possible to have the initrd share the same page as
 188          * the end of the kernel (given current setup).
 189          *
 190          * To avoid freeing/using the wrong page (kernel sized) we:
 191          *      - align up the beginning of initrd
 192          *      - align down the end of initrd
 193          *
 194          *  |             |
 195          *  |=============| a000
 196          *  |             |
 197          *  |             |
 198          *  |             | 9000
 199          *  |/////////////|
 200          *  |/////////////|
 201          *  |=============| 8000
 202          *  |///INITRD////|
 203          *  |/////////////|
 204          *  |/////////////| 7000
 205          *  |             |
 206          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 207          *  |=============| 6000
 208          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 209          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 210          *  K=kernel using 8KB pages
 211          *
 212          * In this example, we must free page 8000 ONLY. So we must align up
 213          * initrd_start and keep initrd_end as is.
 214          */
 215         start = PAGE_ALIGN(start);
 216         end = end & PAGE_MASK;
 217
 218         if (start < end)
 219                 printk(KERN_INFO "Freeing initrd memory: %ldkB freed\n", (end - start) >> 10);
 220
 221         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 222                 if (!virt_addr_valid(start))
 223                         continue;
 224                 page = virt_to_page(start);
 225                 ClearPageReserved(page);
 226                 set_page_count(page, 1);
 227                 free_page(start);
 228                 ++totalram_pages;
 229         }
 230 }
 231
 232 /*
 233  * This installs a clean page in the kernel's page table.
 234  */
 235 struct page *
 236 put_kernel_page (struct page *page, unsigned long address, pgprot_t pgprot)
 237 {
 238         pgd_t *pgd;
 239         pud_t *pud;
 240         pmd_t *pmd;
 241         pte_t *pte;
 242
 243         if (!PageReserved(page))
 244                 printk(KERN_ERR "put_kernel_page: page at 0x%p not in reserved memory\n",
 245                        page_address(page));
 246
 247         pgd = pgd_offset_k(address);            /* note: this is NOT pgd_offset()! */
 248
 249         spin_lock(&init_mm.page_table_lock);
 250         {
 251                 pud = pud_alloc(&init_mm, pgd, address);
 252                 if (!pud)
 253                         goto out;
 254
 255                 pmd = pmd_alloc(&init_mm, pud, address);
 256                 if (!pmd)
 257                         goto out;
 258                 pte = pte_alloc_map(&init_mm, pmd, address);
 259                 if (!pte)
 260                         goto out;
 261                 if (!pte_none(*pte)) {
 262                         pte_unmap(pte);
 263                         goto out;
 264                 }
 265                 set_pte(pte, mk_pte(page, pgprot));
 266                 pte_unmap(pte);
 267         }
 268   out:  spin_unlock(&init_mm.page_table_lock);
 269         /* no need for flush_tlb */
 270         return page;
 271 }
 272
 273 static void
 274 setup_gate (void)
 275 {
 276         struct page *page;
 277
 278         /*
 279          * Map the gate page twice: once read-only to export the ELF headers etc. and once
 280          * execute-only page to enable privilege-promotion via "epc":
 281          */
 282         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section));
 283         put_kernel_page(page, GATE_ADDR, PAGE_READONLY);
 284 #ifdef HAVE_BUGGY_SEGREL
 285         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section + PAGE_SIZE));
 286         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 287 #else
 288         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PERCPU_PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 289 #endif
 290         ia64_patch_gate();
 291 }
 292
 293 void __devinit
 294 ia64_mmu_init (void *my_cpu_data)
 295 {
 296         unsigned long psr, pta, impl_va_bits;
 297         extern void __devinit tlb_init (void);
 298
 299 #ifdef CONFIG_DISABLE_VHPT
 300 #       define VHPT_ENABLE_BIT  0
 301 #else
 302 #       define VHPT_ENABLE_BIT  1
 303 #endif
 304
 305         /* Pin mapping for percpu area into TLB */
 306         psr = ia64_clear_ic();
 307         ia64_itr(0x2, IA64_TR_PERCPU_DATA, PERCPU_ADDR,
 308                  pte_val(pfn_pte(__pa(my_cpu_data) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL)),
 309                  PERCPU_PAGE_SHIFT);
 310
 311         ia64_set_psr(psr);
 312         ia64_srlz_i();
 313
 314         /*
 315          * Check if the virtually mapped linear page table (VMLPT) overlaps with a mapped
 316          * address space.  The IA-64 architecture guarantees that at least 50 bits of
 317          * virtual address space are implemented but if we pick a large enough page size
 318          * (e.g., 64KB), the mapped address space is big enough that it will overlap with
 319          * VMLPT.  I assume that once we run on machines big enough to warrant 64KB pages,
 320          * IMPL_VA_MSB will be significantly bigger, so this is unlikely to become a
 321          * problem in practice.  Alternatively, we could truncate the top of the mapped
 322          * address space to not permit mappings that would overlap with the VMLPT.
 323          * --davidm 00/12/06
 324          */
 325 #       define pte_bits                 3
 326 #       define mapped_space_bits        (3*(PAGE_SHIFT - pte_bits) + PAGE_SHIFT)
 327         /*
 328          * The virtual page table has to cover the entire implemented address space within
 329          * a region even though not all of this space may be mappable.  The reason for
 330          * this is that the Access bit and Dirty bit fault handlers perform
 331          * non-speculative accesses to the virtual page table, so the address range of the
 332          * virtual page table itself needs to be covered by virtual page table.
 333          */
 334 #       define vmlpt_bits               (impl_va_bits - PAGE_SHIFT + pte_bits)
 335 #       define POW2(n)                  (1ULL << (n))
 336
 337         impl_va_bits = ffz(~(local_cpu_data->unimpl_va_mask | (7UL << 61)));
 338
 339         if (impl_va_bits < 51 || impl_va_bits > 61)
 340                 panic("CPU has bogus IMPL_VA_MSB value of %lu!\n", impl_va_bits - 1);
 341
 342         /* place the VMLPT at the end of each page-table mapped region: */
 343         pta = POW2(61) - POW2(vmlpt_bits);
 344
 345         if (POW2(mapped_space_bits) >= pta)
 346                 panic("mm/init: overlap between virtually mapped linear page table and "
 347                       "mapped kernel space!");
 348         /*
 349          * Set the (virtually mapped linear) page table address.  Bit
 350          * 8 selects between the short and long format, bits 2-7 the
 351          * size of the table, and bit 0 whether the VHPT walker is
 352          * enabled.
 353          */
 354         ia64_set_pta(pta | (0 << 8) | (vmlpt_bits << 2) | VHPT_ENABLE_BIT);
 355
 356         ia64_tlb_init();
 357
 358 #ifdef  CONFIG_HUGETLB_PAGE
 359         ia64_set_rr(HPAGE_REGION_BASE, HPAGE_SHIFT << 2);
 360         ia64_srlz_d();
 361 #endif
 362 }
 363
 364 #ifdef CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP
 365
 366 int
 367 create_mem_map_page_table (u64 start, u64 end, void *arg)
 368 {
 369         unsigned long address, start_page, end_page;
 370         struct page *map_start, *map_end;
 371         int node;
 372         pgd_t *pgd;
 373         pud_t *pud;
 374         pmd_t *pmd;
 375         pte_t *pte;
 376
 377         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 378         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 379
 380         start_page = (unsigned long) map_start & PAGE_MASK;
 381         end_page = PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end);
 382         node = paddr_to_nid(__pa(start));
 383
 384         for (address = start_page; address < end_page; address += PAGE_SIZE) {
 385                 pgd = pgd_offset_k(address);
 386                 if (pgd_none(*pgd))
 387                         pgd_populate(&init_mm, pgd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 388                 pud = pud_offset(pgd, address);
 389
 390                 if (pud_none(*pud))
 391                         pud_populate(&init_mm, pud, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 392                 pmd = pmd_offset(pud, address);
 393
 394                 if (pmd_none(*pmd))
 395                         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 396                 pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 397
 398                 if (pte_none(*pte))
 399                         set_pte(pte, pfn_pte(__pa(alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE)) >> PAGE_SHIFT,
 400                                              PAGE_KERNEL));
 401         }
 402         return 0;
 403 }
 404
 405 struct memmap_init_callback_data {
 406         struct page *start;
 407         struct page *end;
 408         int nid;
 409         unsigned long zone;
 410 };
 411
 412 static int
 413 virtual_memmap_init (u64 start, u64 end, void *arg)
 414 {
 415         struct memmap_init_callback_data *args;
 416         struct page *map_start, *map_end;
 417
 418         args = (struct memmap_init_callback_data *) arg;
 419         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 420         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 421
 422         if (map_start < args->start)
 423                 map_start = args->start;
 424         if (map_end > args->end)
 425                 map_end = args->end;
 426
 427         /*
 428          * We have to initialize "out of bounds" struct page elements that fit completely
 429          * on the same pages that were allocated for the "in bounds" elements because they
 430          * may be referenced later (and found to be "reserved").
 431          */
 432         map_start -= ((unsigned long) map_start & (PAGE_SIZE - 1)) / sizeof(struct page);
 433         map_end += ((PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end) - (unsigned long) map_end)
 434                     / sizeof(struct page));
 435
 436         if (map_start < map_end)
 437                 memmap_init_zone((unsigned long)(map_end - map_start),
 438                                  args->nid, args->zone, page_to_pfn(map_start));
 439         return 0;
 440 }
 441
 442 void
 443 memmap_init (unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
 444              unsigned long start_pfn)
 445 {
 446         if (!vmem_map)
 447                 memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn);
 448         else {
 449                 struct page *start;
 450                 struct memmap_init_callback_data args;
 451
 452                 start = pfn_to_page(start_pfn);
 453                 args.start = start;
 454                 args.end = start + size;
 455                 args.nid = nid;
 456                 args.zone = zone;
 457
 458                 efi_memmap_walk(virtual_memmap_init, &args);
 459         }
 460 }
 461
 462 int
 463 ia64_pfn_valid (unsigned long pfn)
 464 {
 465         char byte;
 466         struct page *pg = pfn_to_page(pfn);
 467
 468         return     (__get_user(byte, (char __user *) pg) == 0)
 469                 && ((((u64)pg & PAGE_MASK) == (((u64)(pg + 1) - 1) & PAGE_MASK))
 470                         || (__get_user(byte, (char __user *) (pg + 1) - 1) == 0));
 471 }
 472 EXPORT_SYMBOL(ia64_pfn_valid);
 473
 474 int
 475 find_largest_hole (u64 start, u64 end, void *arg)
 476 {
 477         u64 *max_gap = arg;
 478
 479         static u64 last_end = PAGE_OFFSET;
 480
 481         /* NOTE: this algorithm assumes efi memmap table is ordered */
 482
 483         if (*max_gap < (start - last_end))
 484                 *max_gap = start - last_end;
 485         last_end = end;
 486         return 0;
 487 }
 488 #endif /* CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP */
 489
 490 static int
 491 count_reserved_pages (u64 start, u64 end, void *arg)
 492 {
 493         unsigned long num_reserved = 0;
 494         unsigned long *count = arg;
 495
 496         for (; start < end; start += PAGE_SIZE)
 497                 if (PageReserved(virt_to_page(start)))
 498                         ++num_reserved;
 499         *count += num_reserved;
 500         return 0;
 501 }
 502
 503 /*
 504  * Boot command-line option "nolwsys" can be used to disable the use of any light-weight
 505  * system call handler.  When this option is in effect, all fsyscalls will end up bubbling
 506  * down into the kernel and calling the normal (heavy-weight) syscall handler.  This is
 507  * useful for performance testing, but conceivably could also come in handy for debugging
 508  * purposes.
 509  */
 510
 511 static int nolwsys;
 512
 513 static int __init
 514 nolwsys_setup (char *s)
 515 {
 516         nolwsys = 1;
 517         return 1;
 518 }
 519
 520 __setup("nolwsys", nolwsys_setup);
 521
 522 void
 523 mem_init (void)
 524 {
 525         long reserved_pages, codesize, datasize, initsize;
 526         unsigned long num_pgt_pages;
 527         pg_data_t *pgdat;
 528         int i;
 529         static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmem, kcore_kernel;
 530
 531 #ifdef CONFIG_PCI
 532         /*
 533          * This needs to be called _after_ the command line has been parsed but _before_
 534          * any drivers that may need the PCI DMA interface are initialized or bootmem has
 535          * been freed.
 536          */
 537         platform_dma_init();
 538 #endif
 539
 540 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 541         if (!mem_map)
 542                 BUG();
 543         max_mapnr = max_low_pfn;
 544 #endif
 545
 546         high_memory = __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 547
 548         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 549         kclist_add(&kcore_vmem, (void *)VMALLOC_START, VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 550         kclist_add(&kcore_kernel, _stext, _end - _stext);
 551
 552         for_each_pgdat(pgdat)
 553                 totalram_pages += free_all_bootmem_node(pgdat);
 554
 555         reserved_pages = 0;
 556         efi_memmap_walk(count_reserved_pages, &reserved_pages);
 557
 558         codesize =  (unsigned long) _etext - (unsigned long) _stext;
 559         datasize =  (unsigned long) _edata - (unsigned long) _etext;
 560         initsize =  (unsigned long) __init_end - (unsigned long) __init_begin;
 561
 562         printk(KERN_INFO "Memory: %luk/%luk available (%luk code, %luk reserved, "
 563                "%luk data, %luk init)\n", (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
 564                num_physpages << (PAGE_SHIFT - 10), codesize >> 10,
 565                reserved_pages << (PAGE_SHIFT - 10), datasize >> 10, initsize >> 10);
 566
 567         /*
 568          * Allow for enough (cached) page table pages so that we can map the entire memory
 569          * at least once.  Each task also needs a couple of page tables pages, so add in a
 570          * fudge factor for that (don't use "threads-max" here; that would be wrong!).
 571          * Don't allow the cache to be more than 10% of total memory, though.
 572          */
 573 #       define NUM_TASKS        500     /* typical number of tasks */
 574         num_pgt_pages = nr_free_pages() / PTRS_PER_PGD + NUM_TASKS;
 575         if (num_pgt_pages > nr_free_pages() / 10)
 576                 num_pgt_pages = nr_free_pages() / 10;
 577         if (num_pgt_pages > (u64) pgt_cache_water[1])
 578                 pgt_cache_water[1] = num_pgt_pages;
 579
 580         /*
 581          * For fsyscall entrpoints with no light-weight handler, use the ordinary
 582          * (heavy-weight) handler, but mark it by setting bit 0, so the fsyscall entry
 583          * code can tell them apart.
 584          */
 585         for (i = 0; i < NR_syscalls; ++i) {
 586                 extern unsigned long fsyscall_table[NR_syscalls];
 587                 extern unsigned long sys_call_table[NR_syscalls];
 588
 589                 if (!fsyscall_table[i] || nolwsys)
 590                         fsyscall_table[i] = sys_call_table[i] | 1;
 591         }
 592         setup_gate();
 593
 594 #ifdef CONFIG_IA32_SUPPORT
 595         ia32_mem_init();
 596 #endif
 597 }