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
  23 #include <asm/a.out.h>
  24 #include <asm/bitops.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(0));
  71                         if (pmd_quicklist)
  72                                 free_page((unsigned long)pmd_alloc_one_fast(0, 0));
  73                 } while (pgtable_cache_size > (u64) low);
  74         }
  75         preempt_enable();
  76 }
  77
  78 void
  79 update_mmu_cache (struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr, 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         /* don't use VADDR: it may not be mapped on this CPU (or may have just been flushed): */
  89         addr = (unsigned long) page_address(page);
  90
  91         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
  92                 return;                         /* i-cache is already coherent with d-cache */
  93
  94         flush_icache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
  95         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);       /* mark page as clean */
  96 }
  97
  98 inline void
  99 ia64_set_rbs_bot (void)
 100 {
 101         unsigned long stack_size = current->rlim[RLIMIT_STACK].rlim_max & -16;
 102
 103         if (stack_size > MAX_USER_STACK_SIZE)
 104                 stack_size = MAX_USER_STACK_SIZE;
 105         current->thread.rbs_bot = STACK_TOP - stack_size;
 106 }
 107
 108 /*
 109  * This performs some platform-dependent address space initialization.
 110  * On IA-64, we want to setup the VM area for the register backing
 111  * store (which grows upwards) and install the gateway page which is
 112  * used for signal trampolines, etc.
 113  */
 114 void
 115 ia64_init_addr_space (void)
 116 {
 117         struct vm_area_struct *vma;
 118
 119         ia64_set_rbs_bot();
 120
 121         /*
 122          * If we're out of memory and kmem_cache_alloc() returns NULL, we simply ignore
 123          * the problem.  When the process attempts to write to the register backing store
 124          * for the first time, it will get a SEGFAULT in this case.
 125          */
 126         vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);
 127         if (vma) {
 128                 memset(vma, 0, sizeof(*vma));
 129                 vma->vm_mm = current->mm;
 130                 vma->vm_start = current->thread.rbs_bot & PAGE_MASK;
 131                 vma->vm_end = vma->vm_start + PAGE_SIZE;
 132                 vma->vm_page_prot = protection_map[VM_DATA_DEFAULT_FLAGS & 0x7];
 133                 vma->vm_flags = VM_DATA_DEFAULT_FLAGS | VM_GROWSUP;
 134                 insert_vm_struct(current->mm, vma);
 135         }
 136
 137         /* map NaT-page at address zero to speed up speculative dereferencing of NULL: */
 138         if (!(current->personality & MMAP_PAGE_ZERO)) {
 139                 vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);
 140                 if (vma) {
 141                         memset(vma, 0, sizeof(*vma));
 142                         vma->vm_mm = current->mm;
 143                         vma->vm_end = PAGE_SIZE;
 144                         vma->vm_page_prot = __pgprot(pgprot_val(PAGE_READONLY) | _PAGE_MA_NAT);
 145                         vma->vm_flags = VM_READ | VM_MAYREAD | VM_IO | VM_RESERVED;
 146                         insert_vm_struct(current->mm, vma);
 147                 }
 148         }
 149 }
 150
 151 void
 152 free_initmem (void)
 153 {
 154         unsigned long addr, eaddr;
 155
 156         addr = (unsigned long) ia64_imva(__init_begin);
 157         eaddr = (unsigned long) ia64_imva(__init_end);
 158         while (addr < eaddr) {
 159                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 160                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 161                 free_page(addr);
 162                 ++totalram_pages;
 163                 addr += PAGE_SIZE;
 164         }
 165         printk(KERN_INFO "Freeing unused kernel memory: %ldkB freed\n",
 166                (__init_end - __init_begin) >> 10);
 167 }
 168
 169 void
 170 free_initrd_mem (unsigned long start, unsigned long end)
 171 {
 172         struct page *page;
 173         /*
 174          * EFI uses 4KB pages while the kernel can use 4KB or bigger.
 175          * Thus EFI and the kernel may have different page sizes. It is
 176          * therefore possible to have the initrd share the same page as
 177          * the end of the kernel (given current setup).
 178          *
 179          * To avoid freeing/using the wrong page (kernel sized) we:
 180          *      - align up the beginning of initrd
 181          *      - align down the end of initrd
 182          *
 183          *  |             |
 184          *  |=============| a000
 185          *  |             |
 186          *  |             |
 187          *  |             | 9000
 188          *  |/////////////|
 189          *  |/////////////|
 190          *  |=============| 8000
 191          *  |///INITRD////|
 192          *  |/////////////|
 193          *  |/////////////| 7000
 194          *  |             |
 195          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 196          *  |=============| 6000
 197          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 198          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 199          *  K=kernel using 8KB pages
 200          *
 201          * In this example, we must free page 8000 ONLY. So we must align up
 202          * initrd_start and keep initrd_end as is.
 203          */
 204         start = PAGE_ALIGN(start);
 205         end = end & PAGE_MASK;
 206
 207         if (start < end)
 208                 printk(KERN_INFO "Freeing initrd memory: %ldkB freed\n", (end - start) >> 10);
 209
 210         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 211                 if (!virt_addr_valid(start))
 212                         continue;
 213                 page = virt_to_page(start);
 214                 ClearPageReserved(page);
 215                 set_page_count(page, 1);
 216                 free_page(start);
 217                 ++totalram_pages;
 218         }
 219 }
 220
 221 /*
 222  * This installs a clean page in the kernel's page table.
 223  */
 224 struct page *
 225 put_kernel_page (struct page *page, unsigned long address, pgprot_t pgprot)
 226 {
 227         pgd_t *pgd;
 228         pmd_t *pmd;
 229         pte_t *pte;
 230
 231         if (!PageReserved(page))
 232                 printk(KERN_ERR "put_kernel_page: page at 0x%p not in reserved memory\n",
 233                        page_address(page));
 234
 235         pgd = pgd_offset_k(address);            /* note: this is NOT pgd_offset()! */
 236
 237         spin_lock(&init_mm.page_table_lock);
 238         {
 239                 pmd = pmd_alloc(&init_mm, pgd, address);
 240                 if (!pmd)
 241                         goto out;
 242                 pte = pte_alloc_map(&init_mm, pmd, address);
 243                 if (!pte)
 244                         goto out;
 245                 if (!pte_none(*pte)) {
 246                         pte_unmap(pte);
 247                         goto out;
 248                 }
 249                 set_pte(pte, mk_pte(page, pgprot));
 250                 pte_unmap(pte);
 251         }
 252   out:  spin_unlock(&init_mm.page_table_lock);
 253         /* no need for flush_tlb */
 254         return page;
 255 }
 256
 257 static void
 258 setup_gate (void)
 259 {
 260         struct page *page;
 261
 262         /*
 263          * Map the gate page twice: once read-only to export the ELF headers etc. and once
 264          * execute-only page to enable privilege-promotion via "epc":
 265          */
 266         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section));
 267         put_kernel_page(page, GATE_ADDR, PAGE_READONLY);
 268 #ifdef HAVE_BUGGY_SEGREL
 269         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section + PAGE_SIZE));
 270         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 271 #else
 272         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PERCPU_PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 273 #endif
 274         ia64_patch_gate();
 275 }
 276
 277 void __devinit
 278 ia64_mmu_init (void *my_cpu_data)
 279 {
 280         unsigned long psr, pta, impl_va_bits;
 281         extern void __devinit tlb_init (void);
 282         int cpu;
 283
 284 #ifdef CONFIG_DISABLE_VHPT
 285 #       define VHPT_ENABLE_BIT  0
 286 #else
 287 #       define VHPT_ENABLE_BIT  1
 288 #endif
 289
 290         /* Pin mapping for percpu area into TLB */
 291         psr = ia64_clear_ic();
 292         ia64_itr(0x2, IA64_TR_PERCPU_DATA, PERCPU_ADDR,
 293                  pte_val(pfn_pte(__pa(my_cpu_data) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL)),
 294                  PERCPU_PAGE_SHIFT);
 295
 296         ia64_set_psr(psr);
 297         ia64_srlz_i();
 298
 299         /*
 300          * Check if the virtually mapped linear page table (VMLPT) overlaps with a mapped
 301          * address space.  The IA-64 architecture guarantees that at least 50 bits of
 302          * virtual address space are implemented but if we pick a large enough page size
 303          * (e.g., 64KB), the mapped address space is big enough that it will overlap with
 304          * VMLPT.  I assume that once we run on machines big enough to warrant 64KB pages,
 305          * IMPL_VA_MSB will be significantly bigger, so this is unlikely to become a
 306          * problem in practice.  Alternatively, we could truncate the top of the mapped
 307          * address space to not permit mappings that would overlap with the VMLPT.
 308          * --davidm 00/12/06
 309          */
 310 #       define pte_bits                 3
 311 #       define mapped_space_bits        (3*(PAGE_SHIFT - pte_bits) + PAGE_SHIFT)
 312         /*
 313          * The virtual page table has to cover the entire implemented address space within
 314          * a region even though not all of this space may be mappable.  The reason for
 315          * this is that the Access bit and Dirty bit fault handlers perform
 316          * non-speculative accesses to the virtual page table, so the address range of the
 317          * virtual page table itself needs to be covered by virtual page table.
 318          */
 319 #       define vmlpt_bits               (impl_va_bits - PAGE_SHIFT + pte_bits)
 320 #       define POW2(n)                  (1ULL << (n))
 321
 322         impl_va_bits = ffz(~(local_cpu_data->unimpl_va_mask | (7UL << 61)));
 323
 324         if (impl_va_bits < 51 || impl_va_bits > 61)
 325                 panic("CPU has bogus IMPL_VA_MSB value of %lu!\n", impl_va_bits - 1);
 326
 327         /* place the VMLPT at the end of each page-table mapped region: */
 328         pta = POW2(61) - POW2(vmlpt_bits);
 329
 330         if (POW2(mapped_space_bits) >= pta)
 331                 panic("mm/init: overlap between virtually mapped linear page table and "
 332                       "mapped kernel space!");
 333         /*
 334          * Set the (virtually mapped linear) page table address.  Bit
 335          * 8 selects between the short and long format, bits 2-7 the
 336          * size of the table, and bit 0 whether the VHPT walker is
 337          * enabled.
 338          */
 339         ia64_set_pta(pta | (0 << 8) | (vmlpt_bits << 2) | VHPT_ENABLE_BIT);
 340
 341         ia64_tlb_init();
 342
 343 #ifdef  CONFIG_HUGETLB_PAGE
 344         ia64_set_rr(HPAGE_REGION_BASE, HPAGE_SHIFT << 2);
 345         ia64_srlz_d();
 346 #endif
 347
 348         cpu = smp_processor_id();
 349
 350         /* mca handler uses cr.lid as key to pick the right entry */
 351         ia64_mca_tlb_list[cpu].cr_lid = ia64_getreg(_IA64_REG_CR_LID);
 352
 353         /* insert this percpu data information into our list for MCA recovery purposes */
 354         ia64_mca_tlb_list[cpu].percpu_paddr = pte_val(mk_pte_phys(__pa(my_cpu_data), PAGE_KERNEL));
 355         /* Also save per-cpu tlb flush recipe for use in physical mode mca handler */
 356         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_base = local_cpu_data->ptce_base;
 357         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_count[0] = local_cpu_data->ptce_count[0];
 358         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_count[1] = local_cpu_data->ptce_count[1];
 359         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_stride[0] = local_cpu_data->ptce_stride[0];
 360         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_stride[1] = local_cpu_data->ptce_stride[1];
 361 }
 362
 363 #ifdef CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP
 364
 365 int
 366 create_mem_map_page_table (u64 start, u64 end, void *arg)
 367 {
 368         unsigned long address, start_page, end_page;
 369         struct page *map_start, *map_end;
 370         int node;
 371         pgd_t *pgd;
 372         pmd_t *pmd;
 373         pte_t *pte;
 374
 375         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 376         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 377
 378         start_page = (unsigned long) map_start & PAGE_MASK;
 379         end_page = PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end);
 380         node = paddr_to_nid(__pa(start));
 381
 382         for (address = start_page; address < end_page; address += PAGE_SIZE) {
 383                 pgd = pgd_offset_k(address);
 384                 if (pgd_none(*pgd))
 385                         pgd_populate(&init_mm, pgd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 386                 pmd = pmd_offset(pgd, address);
 387
 388                 if (pmd_none(*pmd))
 389                         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 390                 pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 391
 392                 if (pte_none(*pte))
 393                         set_pte(pte, pfn_pte(__pa(alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE)) >> PAGE_SHIFT,
 394                                              PAGE_KERNEL));
 395         }
 396         return 0;
 397 }
 398
 399 struct memmap_init_callback_data {
 400         struct page *start;
 401         struct page *end;
 402         int nid;
 403         unsigned long zone;
 404 };
 405
 406 static int
 407 virtual_memmap_init (u64 start, u64 end, void *arg)
 408 {
 409         struct memmap_init_callback_data *args;
 410         struct page *map_start, *map_end;
 411
 412         args = (struct memmap_init_callback_data *) arg;
 413
 414         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 415         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 416
 417         if (map_start < args->start)
 418                 map_start = args->start;
 419         if (map_end > args->end)
 420                 map_end = args->end;
 421
 422         /*
 423          * We have to initialize "out of bounds" struct page elements that fit completely
 424          * on the same pages that were allocated for the "in bounds" elements because they
 425          * may be referenced later (and found to be "reserved").
 426          */
 427         map_start -= ((unsigned long) map_start & (PAGE_SIZE - 1)) / sizeof(struct page);
 428         map_end += ((PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end) - (unsigned long) map_end)
 429                     / sizeof(struct page));
 430
 431         if (map_start < map_end)
 432                 memmap_init_zone(map_start, (unsigned long) (map_end - map_start),
 433                                  args->nid, args->zone, page_to_pfn(map_start));
 434         return 0;
 435 }
 436
 437 void
 438 memmap_init (struct page *start, unsigned long size, int nid,
 439              unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
 440 {
 441         if (!vmem_map)
 442                 memmap_init_zone(start, size, nid, zone, start_pfn);
 443         else {
 444                 struct memmap_init_callback_data args;
 445
 446                 args.start = start;
 447                 args.end = start + size;
 448                 args.nid = nid;
 449                 args.zone = zone;
 450
 451                 efi_memmap_walk(virtual_memmap_init, &args);
 452         }
 453 }
 454
 455 int
 456 ia64_pfn_valid (unsigned long pfn)
 457 {
 458         char byte;
 459         struct page *pg = pfn_to_page(pfn);
 460
 461         return     (__get_user(byte, (char *) pg) == 0)
 462                 && ((((u64)pg & PAGE_MASK) == (((u64)(pg + 1) - 1) & PAGE_MASK))
 463                         || (__get_user(byte, (char *) (pg + 1) - 1) == 0));
 464 }
 465 EXPORT_SYMBOL(ia64_pfn_valid);
 466
 467 int
 468 find_largest_hole (u64 start, u64 end, void *arg)
 469 {
 470         u64 *max_gap = arg;
 471
 472         static u64 last_end = PAGE_OFFSET;
 473
 474         /* NOTE: this algorithm assumes efi memmap table is ordered */
 475
 476         if (*max_gap < (start - last_end))
 477                 *max_gap = start - last_end;
 478         last_end = end;
 479         return 0;
 480 }
 481 #endif /* CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP */
 482
 483 static int
 484 count_reserved_pages (u64 start, u64 end, void *arg)
 485 {
 486         unsigned long num_reserved = 0;
 487         unsigned long *count = arg;
 488
 489         for (; start < end; start += PAGE_SIZE)
 490                 if (PageReserved(virt_to_page(start)))
 491                         ++num_reserved;
 492         *count += num_reserved;
 493         return 0;
 494 }
 495
 496 /*
 497  * Boot command-line option "nolwsys" can be used to disable the use of any light-weight
 498  * system call handler.  When this option is in effect, all fsyscalls will end up bubbling
 499  * down into the kernel and calling the normal (heavy-weight) syscall handler.  This is
 500  * useful for performance testing, but conceivably could also come in handy for debugging
 501  * purposes.
 502  */
 503
 504 static int nolwsys;
 505
 506 static int __init
 507 nolwsys_setup (char *s)
 508 {
 509         nolwsys = 1;
 510         return 1;
 511 }
 512
 513 __setup("nolwsys", nolwsys_setup);
 514
 515 void
 516 mem_init (void)
 517 {
 518         long reserved_pages, codesize, datasize, initsize;
 519         unsigned long num_pgt_pages;
 520         pg_data_t *pgdat;
 521         int i;
 522         static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmem, kcore_kernel;
 523
 524 #ifdef CONFIG_PCI
 525         /*
 526          * This needs to be called _after_ the command line has been parsed but _before_
 527          * any drivers that may need the PCI DMA interface are initialized or bootmem has
 528          * been freed.
 529          */
 530         platform_dma_init();
 531 #endif
 532
 533 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 534         if (!mem_map)
 535                 BUG();
 536         max_mapnr = max_low_pfn;
 537 #endif
 538
 539         high_memory = __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 540
 541         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 542         kclist_add(&kcore_vmem, (void *)VMALLOC_START, VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 543         kclist_add(&kcore_kernel, _stext, _end - _stext);
 544
 545         for_each_pgdat(pgdat)
 546                 totalram_pages += free_all_bootmem_node(pgdat);
 547
 548         reserved_pages = 0;
 549         efi_memmap_walk(count_reserved_pages, &reserved_pages);
 550
 551         codesize =  (unsigned long) _etext - (unsigned long) _stext;
 552         datasize =  (unsigned long) _edata - (unsigned long) _etext;
 553         initsize =  (unsigned long) __init_end - (unsigned long) __init_begin;
 554
 555         printk(KERN_INFO "Memory: %luk/%luk available (%luk code, %luk reserved, "
 556                "%luk data, %luk init)\n", (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
 557                num_physpages << (PAGE_SHIFT - 10), codesize >> 10,
 558                reserved_pages << (PAGE_SHIFT - 10), datasize >> 10, initsize >> 10);
 559
 560         /*
 561          * Allow for enough (cached) page table pages so that we can map the entire memory
 562          * at least once.  Each task also needs a couple of page tables pages, so add in a
 563          * fudge factor for that (don't use "threads-max" here; that would be wrong!).
 564          * Don't allow the cache to be more than 10% of total memory, though.
 565          */
 566 #       define NUM_TASKS        500     /* typical number of tasks */
 567         num_pgt_pages = nr_free_pages() / PTRS_PER_PGD + NUM_TASKS;
 568         if (num_pgt_pages > nr_free_pages() / 10)
 569                 num_pgt_pages = nr_free_pages() / 10;
 570         if (num_pgt_pages > (u64) pgt_cache_water[1])
 571                 pgt_cache_water[1] = num_pgt_pages;
 572
 573         /*
 574          * For fsyscall entrpoints with no light-weight handler, use the ordinary
 575          * (heavy-weight) handler, but mark it by setting bit 0, so the fsyscall entry
 576          * code can tell them apart.
 577          */
 578         for (i = 0; i < NR_syscalls; ++i) {
 579                 extern unsigned long fsyscall_table[NR_syscalls];
 580                 extern unsigned long sys_call_table[NR_syscalls];
 581
 582                 if (!fsyscall_table[i] || nolwsys)
 583                         fsyscall_table[i] = sys_call_table[i] | 1;
 584         }
 585         setup_gate();
 586
 587 #ifdef CONFIG_IA32_SUPPORT
 588         ia32_boot_gdt_init();
 589 #endif
 590 }