arch/i386/mm/init.c

   1 /*
   2  *  linux/arch/i386/mm/init.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
   5  *
   6  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
   7  */
   8
   9 #include <linux/config.h>
  10 #include <linux/module.h>
  11 #include <linux/signal.h>
  12 #include <linux/sched.h>
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/errno.h>
  15 #include <linux/string.h>
  16 #include <linux/types.h>
  17 #include <linux/ptrace.h>
  18 #include <linux/mman.h>
  19 #include <linux/mm.h>
  20 #include <linux/hugetlb.h>
  21 #include <linux/swap.h>
  22 #include <linux/smp.h>
  23 #include <linux/init.h>
  24 #include <linux/highmem.h>
  25 #include <linux/pagemap.h>
  26 #include <linux/bootmem.h>
  27 #include <linux/slab.h>
  28 #include <linux/proc_fs.h>
  29 #include <linux/efi.h>
  30
  31 #include <asm/processor.h>
  32 #include <asm/system.h>
  33 #include <asm/uaccess.h>
  34 #include <asm/pgtable.h>
  35 #include <asm/pgalloc.h>
  36 #include <asm/dma.h>
  37 #include <asm/fixmap.h>
  38 #include <asm/e820.h>
  39 #include <asm/apic.h>
  40 #include <asm/tlb.h>
  41 #include <asm/tlbflush.h>
  42 #include <asm/sections.h>
  43
  44 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
  45 unsigned long highstart_pfn, highend_pfn;
  46
  47 static int do_test_wp_bit(void);
  48
  49 /*
  50  * Creates a middle page table and puts a pointer to it in the
  51  * given global directory entry. This only returns the gd entry
  52  * in non-PAE compilation mode, since the middle layer is folded.
  53  */
  54 static pmd_t * __init one_md_table_init(pgd_t *pgd)
  55 {
  56         pmd_t *pmd_table;
  57
  58 #ifdef CONFIG_X86_PAE
  59         pmd_table = (pmd_t *) alloc_bootmem_low_pages(PAGE_SIZE);
  60         set_pgd(pgd, __pgd(__pa(pmd_table) | _PAGE_PRESENT));
  61         if (pmd_table != pmd_offset(pgd, 0))
  62                 BUG();
  63 #else
  64         pmd_table = pmd_offset(pgd, 0);
  65 #endif
  66
  67         return pmd_table;
  68 }
  69
  70 /*
  71  * Create a page table and place a pointer to it in a middle page
  72  * directory entry.
  73  */
  74 static pte_t * __init one_page_table_init(pmd_t *pmd)
  75 {
  76         if (pmd_none(*pmd)) {
  77                 pte_t *page_table = (pte_t *) alloc_bootmem_low_pages(PAGE_SIZE);
  78                 set_pmd(pmd, __pmd(__pa(page_table) | _PAGE_TABLE));
  79                 if (page_table != pte_offset_kernel(pmd, 0))
  80                         BUG();
  81
  82                 return page_table;
  83         }
  84
  85         return pte_offset_kernel(pmd, 0);
  86 }
  87
  88 /*
  89  * This function initializes a certain range of kernel virtual memory
  90  * with new bootmem page tables, everywhere page tables are missing in
  91  * the given range.
  92  */
  93
  94 /*
  95  * NOTE: The pagetables are allocated contiguous on the physical space
  96  * so we can cache the place of the first one and move around without
  97  * checking the pgd every time.
  98  */
  99 static void __init page_table_range_init (unsigned long start, unsigned long end, pgd_t *pgd_base)
 100 {
 101         pgd_t *pgd;
 102         pmd_t *pmd;
 103         int pgd_idx, pmd_idx;
 104         unsigned long vaddr;
 105
 106         vaddr = start;
 107         pgd_idx = pgd_index(vaddr);
 108         pmd_idx = pmd_index(vaddr);
 109         pgd = pgd_base + pgd_idx;
 110
 111         for ( ; (pgd_idx < PTRS_PER_PGD) && (vaddr != end); pgd++, pgd_idx++) {
 112                 if (pgd_none(*pgd))
 113                         one_md_table_init(pgd);
 114
 115                 pmd = pmd_offset(pgd, vaddr);
 116                 for (; (pmd_idx < PTRS_PER_PMD) && (vaddr != end); pmd++, pmd_idx++) {
 117                         if (pmd_none(*pmd))
 118                                 one_page_table_init(pmd);
 119
 120                         vaddr += PMD_SIZE;
 121                 }
 122                 pmd_idx = 0;
 123         }
 124 }
 125
 126 /*
 127  * This maps the physical memory to kernel virtual address space, a total
 128  * of max_low_pfn pages, by creating page tables starting from address
 129  * PAGE_OFFSET.
 130  */
 131 static void __init kernel_physical_mapping_init(pgd_t *pgd_base)
 132 {
 133         unsigned long pfn;
 134         pgd_t *pgd;
 135         pmd_t *pmd;
 136         pte_t *pte;
 137         int pgd_idx, pmd_idx, pte_ofs;
 138
 139         pgd_idx = pgd_index(PAGE_OFFSET);
 140         pgd = pgd_base + pgd_idx;
 141         pfn = 0;
 142
 143         for (; pgd_idx < PTRS_PER_PGD; pgd++, pgd_idx++) {
 144                 pmd = one_md_table_init(pgd);
 145                 if (pfn >= max_low_pfn)
 146                         continue;
 147                 for (pmd_idx = 0; pmd_idx < PTRS_PER_PMD && pfn < max_low_pfn; pmd++, pmd_idx++) {
 148                         /* Map with big pages if possible, otherwise create normal page tables. */
 149                         if (cpu_has_pse) {
 150                                 set_pmd(pmd, pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE));
 151                                 pfn += PTRS_PER_PTE;
 152                         } else {
 153                                 pte = one_page_table_init(pmd);
 154
 155                                 for (pte_ofs = 0; pte_ofs < PTRS_PER_PTE && pfn < max_low_pfn; pte++, pfn++, pte_ofs++)
 156                                         set_pte(pte, pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL));
 157                         }
 158                 }
 159         }
 160 }
 161
 162 static inline int page_kills_ppro(unsigned long pagenr)
 163 {
 164         if (pagenr >= 0x70000 && pagenr <= 0x7003F)
 165                 return 1;
 166         return 0;
 167 }
 168
 169 extern int is_available_memory(efi_memory_desc_t *);
 170
 171 static inline int page_is_ram(unsigned long pagenr)
 172 {
 173         int i;
 174         unsigned long addr, end;
 175
 176         if (efi_enabled) {
 177                 efi_memory_desc_t *md;
 178
 179                 for (i = 0; i < memmap.nr_map; i++) {
 180                         md = &memmap.map[i];
 181                         if (!is_available_memory(md))
 182                                 continue;
 183                         addr = (md->phys_addr+PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 184                         end = (md->phys_addr + (md->num_pages << EFI_PAGE_SHIFT)) >> PAGE_SHIFT;
 185
 186                         if ((pagenr >= addr) && (pagenr < end))
 187                                 return 1;
 188                 }
 189                 return 0;
 190         }
 191
 192         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
 193
 194                 if (e820.map[i].type != E820_RAM)       /* not usable memory */
 195                         continue;
 196                 /*
 197                  *      !!!FIXME!!! Some BIOSen report areas as RAM that
 198                  *      are not. Notably the 640->1Mb area. We need a sanity
 199                  *      check here.
 200                  */
 201                 addr = (e820.map[i].addr+PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
 202                 end = (e820.map[i].addr+e820.map[i].size) >> PAGE_SHIFT;
 203                 if  ((pagenr >= addr) && (pagenr < end))
 204                         return 1;
 205         }
 206         return 0;
 207 }
 208
 209 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 210 pte_t *kmap_pte;
 211 pgprot_t kmap_prot;
 212
 213 EXPORT_SYMBOL(kmap_prot);
 214 EXPORT_SYMBOL(kmap_pte);
 215
 216 #define kmap_get_fixmap_pte(vaddr)                                      \
 217         pte_offset_kernel(pmd_offset(pgd_offset_k(vaddr), (vaddr)), (vaddr))
 218
 219 void __init kmap_init(void)
 220 {
 221         unsigned long kmap_vstart;
 222
 223         /* cache the first kmap pte */
 224         kmap_vstart = __fix_to_virt(FIX_KMAP_BEGIN);
 225         kmap_pte = kmap_get_fixmap_pte(kmap_vstart);
 226
 227         kmap_prot = PAGE_KERNEL;
 228 }
 229
 230 void __init permanent_kmaps_init(pgd_t *pgd_base)
 231 {
 232         pgd_t *pgd;
 233         pmd_t *pmd;
 234         pte_t *pte;
 235         unsigned long vaddr;
 236
 237         vaddr = PKMAP_BASE;
 238         page_table_range_init(vaddr, vaddr + PAGE_SIZE*LAST_PKMAP, pgd_base);
 239
 240         pgd = swapper_pg_dir + pgd_index(vaddr);
 241         pmd = pmd_offset(pgd, vaddr);
 242         pte = pte_offset_kernel(pmd, vaddr);
 243         pkmap_page_table = pte;
 244 }
 245
 246 void __init one_highpage_init(struct page *page, int pfn, int bad_ppro)
 247 {
 248         if (page_is_ram(pfn) && !(bad_ppro && page_kills_ppro(pfn))) {
 249                 ClearPageReserved(page);
 250                 set_bit(PG_highmem, &page->flags);
 251                 set_page_count(page, 1);
 252                 __free_page(page);
 253                 totalhigh_pages++;
 254         } else
 255                 SetPageReserved(page);
 256 }
 257
 258 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 259 void __init set_highmem_pages_init(int bad_ppro)
 260 {
 261         int pfn;
 262         for (pfn = highstart_pfn; pfn < highend_pfn; pfn++)
 263                 one_highpage_init(pfn_to_page(pfn), pfn, bad_ppro);
 264         totalram_pages += totalhigh_pages;
 265 }
 266 #else
 267 extern void set_highmem_pages_init(int);
 268 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 269
 270 #else
 271 #define kmap_init() do { } while (0)
 272 #define permanent_kmaps_init(pgd_base) do { } while (0)
 273 #define set_highmem_pages_init(bad_ppro) do { } while (0)
 274 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
 275
 276 unsigned long __PAGE_KERNEL = _PAGE_KERNEL;
 277
 278 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 279 #define remap_numa_kva() do {} while (0)
 280 #else
 281 extern void __init remap_numa_kva(void);
 282 #endif
 283
 284 static void __init pagetable_init (void)
 285 {
 286         unsigned long vaddr;
 287         pgd_t *pgd_base = swapper_pg_dir;
 288
 289 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 290         int i;
 291         /* Init entries of the first-level page table to the zero page */
 292         for (i = 0; i < PTRS_PER_PGD; i++)
 293                 set_pgd(pgd_base + i, __pgd(__pa(empty_zero_page) | _PAGE_PRESENT));
 294 #endif
 295
 296         /* Enable PSE if available */
 297         if (cpu_has_pse) {
 298                 set_in_cr4(X86_CR4_PSE);
 299         }
 300
 301         /* Enable PGE if available */
 302         if (cpu_has_pge) {
 303                 set_in_cr4(X86_CR4_PGE);
 304                 __PAGE_KERNEL |= _PAGE_GLOBAL;
 305         }
 306
 307         kernel_physical_mapping_init(pgd_base);
 308         remap_numa_kva();
 309
 310         /*
 311          * Fixed mappings, only the page table structure has to be
 312          * created - mappings will be set by set_fixmap():
 313          */
 314         vaddr = __fix_to_virt(__end_of_fixed_addresses - 1) & PMD_MASK;
 315         page_table_range_init(vaddr, 0, pgd_base);
 316
 317         permanent_kmaps_init(pgd_base);
 318
 319 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 320         /*
 321          * Add low memory identity-mappings - SMP needs it when
 322          * starting up on an AP from real-mode. In the non-PAE
 323          * case we already have these mappings through head.S.
 324          * All user-space mappings are explicitly cleared after
 325          * SMP startup.
 326          */
 327         pgd_base[0] = pgd_base[USER_PTRS_PER_PGD];
 328 #endif
 329 }
 330
 331 void zap_low_mappings (void)
 332 {
 333         int i;
 334         /*
 335          * Zap initial low-memory mappings.
 336          *
 337          * Note that "pgd_clear()" doesn't do it for
 338          * us, because pgd_clear() is a no-op on i386.
 339          */
 340         for (i = 0; i < USER_PTRS_PER_PGD; i++)
 341 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 342                 set_pgd(swapper_pg_dir+i, __pgd(1 + __pa(empty_zero_page)));
 343 #else
 344                 set_pgd(swapper_pg_dir+i, __pgd(0));
 345 #endif
 346         flush_tlb_all();
 347 }
 348
 349 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 350 void __init zone_sizes_init(void)
 351 {
 352         unsigned long zones_size[MAX_NR_ZONES] = {0, 0, 0};
 353         unsigned int max_dma, high, low;
 354
 355         max_dma = virt_to_phys((char *)MAX_DMA_ADDRESS) >> PAGE_SHIFT;
 356         low = max_low_pfn;
 357         high = highend_pfn;
 358
 359         if (low < max_dma)
 360                 zones_size[ZONE_DMA] = low;
 361         else {
 362                 zones_size[ZONE_DMA] = max_dma;
 363                 zones_size[ZONE_NORMAL] = low - max_dma;
 364 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 365                 zones_size[ZONE_HIGHMEM] = high - low;
 366 #endif
 367         }
 368         free_area_init(zones_size);
 369 }
 370 #else
 371 extern void zone_sizes_init(void);
 372 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 373
 374 /*
 375  * paging_init() sets up the page tables - note that the first 8MB are
 376  * already mapped by head.S.
 377  *
 378  * This routines also unmaps the page at virtual kernel address 0, so
 379  * that we can trap those pesky NULL-reference errors in the kernel.
 380  */
 381 void __init paging_init(void)
 382 {
 383         pagetable_init();
 384
 385         load_cr3(swapper_pg_dir);
 386
 387 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 388         /*
 389          * We will bail out later - printk doesn't work right now so
 390          * the user would just see a hanging kernel.
 391          */
 392         if (cpu_has_pae)
 393                 set_in_cr4(X86_CR4_PAE);
 394 #endif
 395         __flush_tlb_all();
 396
 397         kmap_init();
 398         zone_sizes_init();
 399 }
 400
 401 /*
 402  * Test if the WP bit works in supervisor mode. It isn't supported on 386's
 403  * and also on some strange 486's (NexGen etc.). All 586+'s are OK. This
 404  * used to involve black magic jumps to work around some nasty CPU bugs,
 405  * but fortunately the switch to using exceptions got rid of all that.
 406  */
 407
 408 void __init test_wp_bit(void)
 409 {
 410         printk("Checking if this processor honours the WP bit even in supervisor mode... ");
 411
 412         /* Any page-aligned address will do, the test is non-destructive */
 413         __set_fixmap(FIX_WP_TEST, __pa(&swapper_pg_dir), PAGE_READONLY);
 414         boot_cpu_data.wp_works_ok = do_test_wp_bit();
 415         clear_fixmap(FIX_WP_TEST);
 416
 417         if (!boot_cpu_data.wp_works_ok) {
 418                 printk("No.\n");
 419 #ifdef CONFIG_X86_WP_WORKS_OK
 420                 panic("This kernel doesn't support CPU's with broken WP. Recompile it for a 386!");
 421 #endif
 422         } else {
 423                 printk("Ok.\n");
 424         }
 425 }
 426
 427 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 428 static void __init set_max_mapnr_init(void)
 429 {
 430 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 431         highmem_start_page = pfn_to_page(highstart_pfn);
 432         max_mapnr = num_physpages = highend_pfn;
 433 #else
 434         max_mapnr = num_physpages = max_low_pfn;
 435 #endif
 436 }
 437 #define __free_all_bootmem() free_all_bootmem()
 438 #else
 439 #define __free_all_bootmem() free_all_bootmem_node(NODE_DATA(0))
 440 extern void set_max_mapnr_init(void);
 441 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
 442
 443 static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmalloc;
 444
 445 void __init mem_init(void)
 446 {
 447         extern int ppro_with_ram_bug(void);
 448         int codesize, reservedpages, datasize, initsize;
 449         int tmp;
 450         int bad_ppro;
 451
 452 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 453         if (!mem_map)
 454                 BUG();
 455 #endif
 456
 457         bad_ppro = ppro_with_ram_bug();
 458
 459 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 460         /* check that fixmap and pkmap do not overlap */
 461         if (PKMAP_BASE+LAST_PKMAP*PAGE_SIZE >= FIXADDR_START) {
 462                 printk(KERN_ERR "fixmap and kmap areas overlap - this will crash\n");
 463                 printk(KERN_ERR "pkstart: %lxh pkend: %lxh fixstart %lxh\n",
 464                                 PKMAP_BASE, PKMAP_BASE+LAST_PKMAP*PAGE_SIZE, FIXADDR_START);
 465                 BUG();
 466         }
 467 #endif
 468
 469         set_max_mapnr_init();
 470
 471 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 472         high_memory = (void *) __va(highstart_pfn * PAGE_SIZE);
 473 #else
 474         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 475 #endif
 476
 477         /* this will put all low memory onto the freelists */
 478         totalram_pages += __free_all_bootmem();
 479
 480         reservedpages = 0;
 481         for (tmp = 0; tmp < max_low_pfn; tmp++)
 482                 /*
 483                  * Only count reserved RAM pages
 484                  */
 485                 if (page_is_ram(tmp) && PageReserved(pfn_to_page(tmp)))
 486                         reservedpages++;
 487
 488         set_highmem_pages_init(bad_ppro);
 489
 490         codesize =  (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_text;
 491         datasize =  (unsigned long) &_edata - (unsigned long) &_etext;
 492         initsize =  (unsigned long) &__init_end - (unsigned long) &__init_begin;
 493
 494         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn << PAGE_SHIFT);
 495         kclist_add(&kcore_vmalloc, (void *)VMALLOC_START,
 496                    VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 497
 498         printk(KERN_INFO "Memory: %luk/%luk available (%dk kernel code, %dk reserved, %dk data, %dk init, %ldk highmem)\n",
 499                 (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
 500                 num_physpages << (PAGE_SHIFT-10),
 501                 codesize >> 10,
 502                 reservedpages << (PAGE_SHIFT-10),
 503                 datasize >> 10,
 504                 initsize >> 10,
 505                 (unsigned long) (totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10))
 506                );
 507
 508 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 509         if (!cpu_has_pae)
 510                 panic("cannot execute a PAE-enabled kernel on a PAE-less CPU!");
 511 #endif
 512         if (boot_cpu_data.wp_works_ok < 0)
 513                 test_wp_bit();
 514
 515         /*
 516          * Subtle. SMP is doing it's boot stuff late (because it has to
 517          * fork idle threads) - but it also needs low mappings for the
 518          * protected-mode entry to work. We zap these entries only after
 519          * the WP-bit has been tested.
 520          */
 521 #ifndef CONFIG_SMP
 522         zap_low_mappings();
 523 #endif
 524 }
 525
 526 kmem_cache_t *pgd_cache;
 527 kmem_cache_t *pmd_cache;
 528
 529 void __init pgtable_cache_init(void)
 530 {
 531         if (PTRS_PER_PMD > 1) {
 532                 pmd_cache = kmem_cache_create("pmd",
 533                                         PTRS_PER_PMD*sizeof(pmd_t),
 534                                         PTRS_PER_PMD*sizeof(pmd_t),
 535                                         0,
 536                                         pmd_ctor,
 537                                         NULL);
 538                 if (!pmd_cache)
 539                         panic("pgtable_cache_init(): cannot create pmd cache");
 540         }
 541         pgd_cache = kmem_cache_create("pgd",
 542                                 PTRS_PER_PGD*sizeof(pgd_t),
 543                                 PTRS_PER_PGD*sizeof(pgd_t),
 544                                 0,
 545                                 pgd_ctor,
 546                                 PTRS_PER_PMD == 1 ? pgd_dtor : NULL);
 547         if (!pgd_cache)
 548                 panic("pgtable_cache_init(): Cannot create pgd cache");
 549 }
 550
 551 /*
 552  * This function cannot be __init, since exceptions don't work in that
 553  * section.  Put this after the callers, so that it cannot be inlined.
 554  */
 555 static int do_test_wp_bit(void)
 556 {
 557         char tmp_reg;
 558         int flag;
 559
 560         __asm__ __volatile__(
 561                 "       movb %0,%1      \n"
 562                 "1:     movb %1,%0      \n"
 563                 "       xorl %2,%2      \n"
 564                 "2:                     \n"
 565                 ".section __ex_table,\"a\"\n"
 566                 "       .align 4        \n"
 567                 "       .long 1b,2b     \n"
 568                 ".previous              \n"
 569                 :"=m" (*(char *)fix_to_virt(FIX_WP_TEST)),
 570                  "=q" (tmp_reg),
 571                  "=r" (flag)
 572                 :"2" (1)
 573                 :"memory");
 574
 575         return flag;
 576 }
 577
 578 void free_initmem(void)
 579 {
 580         unsigned long addr;
 581
 582         addr = (unsigned long)(&__init_begin);
 583         for (; addr < (unsigned long)(&__init_end); addr += PAGE_SIZE) {
 584                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 585                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 586                 free_page(addr);
 587                 totalram_pages++;
 588         }
 589         printk (KERN_INFO "Freeing unused kernel memory: %dk freed\n", (__init_end - __init_begin) >> 10);
 590 }
 591
 592 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 593 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 594 {
 595         if (start < end)
 596                 printk (KERN_INFO "Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
 597         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 598                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 599                 set_page_count(virt_to_page(start), 1);
 600                 free_page(start);
 601                 totalram_pages++;
 602         }
 603 }
 604 #endif