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         if (pgtable_cache_size > (u64) high) {
  67                 do {
  68                         if (pgd_quicklist)
  69                                 free_page((unsigned long)pgd_alloc_one_fast(0));
  70                         if (pmd_quicklist)
  71                                 free_page((unsigned long)pmd_alloc_one_fast(0, 0));
  72                 } while (pgtable_cache_size > (u64) low);
  73         }
  74 }
  75
  76 void
  77 update_mmu_cache (struct vm_area_struct *vma, unsigned long vaddr, pte_t pte)
  78 {
  79         unsigned long addr;
  80         struct page *page;
  81
  82         if (!pte_exec(pte))
  83                 return;                         /* not an executable page... */
  84
  85         page = pte_page(pte);
  86         /* don't use VADDR: it may not be mapped on this CPU (or may have just been flushed): */
  87         addr = (unsigned long) page_address(page);
  88
  89         if (test_bit(PG_arch_1, &page->flags))
  90                 return;                         /* i-cache is already coherent with d-cache */
  91
  92         flush_icache_range(addr, addr + PAGE_SIZE);
  93         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);       /* mark page as clean */
  94 }
  95
  96 inline void
  97 ia64_set_rbs_bot (void)
  98 {
  99         unsigned long stack_size = current->rlim[RLIMIT_STACK].rlim_max & -16;
 100
 101         if (stack_size > MAX_USER_STACK_SIZE)
 102                 stack_size = MAX_USER_STACK_SIZE;
 103         current->thread.rbs_bot = STACK_TOP - stack_size;
 104 }
 105
 106 /*
 107  * This performs some platform-dependent address space initialization.
 108  * On IA-64, we want to setup the VM area for the register backing
 109  * store (which grows upwards) and install the gateway page which is
 110  * used for signal trampolines, etc.
 111  */
 112 void
 113 ia64_init_addr_space (void)
 114 {
 115         struct vm_area_struct *vma;
 116
 117         ia64_set_rbs_bot();
 118
 119         /*
 120          * If we're out of memory and kmem_cache_alloc() returns NULL, we simply ignore
 121          * the problem.  When the process attempts to write to the register backing store
 122          * for the first time, it will get a SEGFAULT in this case.
 123          */
 124         vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);
 125         if (vma) {
 126                 memset(vma, 0, sizeof(*vma));
 127                 vma->vm_mm = current->mm;
 128                 vma->vm_start = current->thread.rbs_bot & PAGE_MASK;
 129                 vma->vm_end = vma->vm_start + PAGE_SIZE;
 130                 vma->vm_page_prot = protection_map[VM_DATA_DEFAULT_FLAGS & 0x7];
 131                 vma->vm_flags = VM_READ|VM_WRITE|VM_MAYREAD|VM_MAYWRITE|VM_GROWSUP;
 132                 insert_vm_struct(current->mm, vma);
 133         }
 134
 135         /* map NaT-page at address zero to speed up speculative dereferencing of NULL: */
 136         if (!(current->personality & MMAP_PAGE_ZERO)) {
 137                 vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);
 138                 if (vma) {
 139                         memset(vma, 0, sizeof(*vma));
 140                         vma->vm_mm = current->mm;
 141                         vma->vm_end = PAGE_SIZE;
 142                         vma->vm_page_prot = __pgprot(pgprot_val(PAGE_READONLY) | _PAGE_MA_NAT);
 143                         vma->vm_flags = VM_READ | VM_MAYREAD | VM_IO | VM_RESERVED;
 144                         insert_vm_struct(current->mm, vma);
 145                 }
 146         }
 147 }
 148
 149 void
 150 free_initmem (void)
 151 {
 152         unsigned long addr, eaddr;
 153
 154         addr = (unsigned long) ia64_imva(__init_begin);
 155         eaddr = (unsigned long) ia64_imva(__init_end);
 156         while (addr < eaddr) {
 157                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 158                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 159                 free_page(addr);
 160                 ++totalram_pages;
 161                 addr += PAGE_SIZE;
 162         }
 163         printk(KERN_INFO "Freeing unused kernel memory: %ldkB freed\n",
 164                (__init_end - __init_begin) >> 10);
 165 }
 166
 167 void
 168 free_initrd_mem (unsigned long start, unsigned long end)
 169 {
 170         struct page *page;
 171         /*
 172          * EFI uses 4KB pages while the kernel can use 4KB  or bigger.
 173          * Thus EFI and the kernel may have different page sizes. It is
 174          * therefore possible to have the initrd share the same page as
 175          * the end of the kernel (given current setup).
 176          *
 177          * To avoid freeing/using the wrong page (kernel sized) we:
 178          *      - align up the beginning of initrd
 179          *      - align down the end of initrd
 180          *
 181          *  |             |
 182          *  |=============| a000
 183          *  |             |
 184          *  |             |
 185          *  |             | 9000
 186          *  |/////////////|
 187          *  |/////////////|
 188          *  |=============| 8000
 189          *  |///INITRD////|
 190          *  |/////////////|
 191          *  |/////////////| 7000
 192          *  |             |
 193          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 194          *  |=============| 6000
 195          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 196          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 197          *  K=kernel using 8KB pages
 198          *
 199          * In this example, we must free page 8000 ONLY. So we must align up
 200          * initrd_start and keep initrd_end as is.
 201          */
 202         start = PAGE_ALIGN(start);
 203         end = end & PAGE_MASK;
 204
 205         if (start < end)
 206                 printk(KERN_INFO "Freeing initrd memory: %ldkB freed\n", (end - start) >> 10);
 207
 208         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 209                 if (!virt_addr_valid(start))
 210                         continue;
 211                 page = virt_to_page(start);
 212                 ClearPageReserved(page);
 213                 set_page_count(page, 1);
 214                 free_page(start);
 215                 ++totalram_pages;
 216         }
 217 }
 218
 219 /*
 220  * This installs a clean page in the kernel's page table.
 221  */
 222 struct page *
 223 put_kernel_page (struct page *page, unsigned long address, pgprot_t pgprot)
 224 {
 225         pgd_t *pgd;
 226         pmd_t *pmd;
 227         pte_t *pte;
 228
 229         if (!PageReserved(page))
 230                 printk(KERN_ERR "put_kernel_page: page at 0x%p not in reserved memory\n",
 231                        page_address(page));
 232
 233         pgd = pgd_offset_k(address);            /* note: this is NOT pgd_offset()! */
 234
 235         spin_lock(&init_mm.page_table_lock);
 236         {
 237                 pmd = pmd_alloc(&init_mm, pgd, address);
 238                 if (!pmd)
 239                         goto out;
 240                 pte = pte_alloc_map(&init_mm, pmd, address);
 241                 if (!pte)
 242                         goto out;
 243                 if (!pte_none(*pte)) {
 244                         pte_unmap(pte);
 245                         goto out;
 246                 }
 247                 set_pte(pte, mk_pte(page, pgprot));
 248                 pte_unmap(pte);
 249         }
 250   out:  spin_unlock(&init_mm.page_table_lock);
 251         /* no need for flush_tlb */
 252         return page;
 253 }
 254
 255 static void
 256 setup_gate (void)
 257 {
 258         struct page *page;
 259
 260         /*
 261          * Map the gate page twice: once read-only to export the ELF headers etc. and once
 262          * execute-only page to enable privilege-promotion via "epc":
 263          */
 264         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section));
 265         put_kernel_page(page, GATE_ADDR, PAGE_READONLY);
 266 #ifdef HAVE_BUGGY_SEGREL
 267         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section + PAGE_SIZE));
 268         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 269 #else
 270         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PERCPU_PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 271 #endif
 272         ia64_patch_gate();
 273 }
 274
 275 void __devinit
 276 ia64_mmu_init (void *my_cpu_data)
 277 {
 278         unsigned long psr, pta, impl_va_bits;
 279         extern void __devinit tlb_init (void);
 280         int cpu;
 281
 282 #ifdef CONFIG_DISABLE_VHPT
 283 #       define VHPT_ENABLE_BIT  0
 284 #else
 285 #       define VHPT_ENABLE_BIT  1
 286 #endif
 287
 288         /* Pin mapping for percpu area into TLB */
 289         psr = ia64_clear_ic();
 290         ia64_itr(0x2, IA64_TR_PERCPU_DATA, PERCPU_ADDR,
 291                  pte_val(pfn_pte(__pa(my_cpu_data) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL)),
 292                  PERCPU_PAGE_SHIFT);
 293
 294         ia64_set_psr(psr);
 295         ia64_srlz_i();
 296
 297         /*
 298          * Check if the virtually mapped linear page table (VMLPT) overlaps with a mapped
 299          * address space.  The IA-64 architecture guarantees that at least 50 bits of
 300          * virtual address space are implemented but if we pick a large enough page size
 301          * (e.g., 64KB), the mapped address space is big enough that it will overlap with
 302          * VMLPT.  I assume that once we run on machines big enough to warrant 64KB pages,
 303          * IMPL_VA_MSB will be significantly bigger, so this is unlikely to become a
 304          * problem in practice.  Alternatively, we could truncate the top of the mapped
 305          * address space to not permit mappings that would overlap with the VMLPT.
 306          * --davidm 00/12/06
 307          */
 308 #       define pte_bits                 3
 309 #       define mapped_space_bits        (3*(PAGE_SHIFT - pte_bits) + PAGE_SHIFT)
 310         /*
 311          * The virtual page table has to cover the entire implemented address space within
 312          * a region even though not all of this space may be mappable.  The reason for
 313          * this is that the Access bit and Dirty bit fault handlers perform
 314          * non-speculative accesses to the virtual page table, so the address range of the
 315          * virtual page table itself needs to be covered by virtual page table.
 316          */
 317 #       define vmlpt_bits               (impl_va_bits - PAGE_SHIFT + pte_bits)
 318 #       define POW2(n)                  (1ULL << (n))
 319
 320         impl_va_bits = ffz(~(local_cpu_data->unimpl_va_mask | (7UL << 61)));
 321
 322         if (impl_va_bits < 51 || impl_va_bits > 61)
 323                 panic("CPU has bogus IMPL_VA_MSB value of %lu!\n", impl_va_bits - 1);
 324
 325         /* place the VMLPT at the end of each page-table mapped region: */
 326         pta = POW2(61) - POW2(vmlpt_bits);
 327
 328         if (POW2(mapped_space_bits) >= pta)
 329                 panic("mm/init: overlap between virtually mapped linear page table and "
 330                       "mapped kernel space!");
 331         /*
 332          * Set the (virtually mapped linear) page table address.  Bit
 333          * 8 selects between the short and long format, bits 2-7 the
 334          * size of the table, and bit 0 whether the VHPT walker is
 335          * enabled.
 336          */
 337         ia64_set_pta(pta | (0 << 8) | (vmlpt_bits << 2) | VHPT_ENABLE_BIT);
 338
 339         ia64_tlb_init();
 340
 341 #ifdef  CONFIG_HUGETLB_PAGE
 342         ia64_set_rr(HPAGE_REGION_BASE, HPAGE_SHIFT << 2);
 343         ia64_srlz_d();
 344 #endif
 345
 346         cpu = smp_processor_id();
 347
 348         /* mca handler uses cr.lid as key to pick the right entry */
 349         ia64_mca_tlb_list[cpu].cr_lid = ia64_getreg(_IA64_REG_CR_LID);
 350
 351         /* insert this percpu data information into our list for MCA recovery purposes */
 352         ia64_mca_tlb_list[cpu].percpu_paddr = pte_val(mk_pte_phys(__pa(my_cpu_data), PAGE_KERNEL));
 353         /* Also save per-cpu tlb flush recipe for use in physical mode mca handler */
 354         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_base = local_cpu_data->ptce_base;
 355         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_count[0] = local_cpu_data->ptce_count[0];
 356         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_count[1] = local_cpu_data->ptce_count[1];
 357         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_stride[0] = local_cpu_data->ptce_stride[0];
 358         ia64_mca_tlb_list[cpu].ptce_stride[1] = local_cpu_data->ptce_stride[1];
 359 }
 360
 361 #ifdef CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP
 362
 363 int
 364 create_mem_map_page_table (u64 start, u64 end, void *arg)
 365 {
 366         unsigned long address, start_page, end_page;
 367         struct page *map_start, *map_end;
 368         int node;
 369         pgd_t *pgd;
 370         pmd_t *pmd;
 371         pte_t *pte;
 372
 373         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 374         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 375
 376         start_page = (unsigned long) map_start & PAGE_MASK;
 377         end_page = PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end);
 378         node = paddr_to_nid(__pa(start));
 379
 380         for (address = start_page; address < end_page; address += PAGE_SIZE) {
 381                 pgd = pgd_offset_k(address);
 382                 if (pgd_none(*pgd))
 383                         pgd_populate(&init_mm, pgd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 384                 pmd = pmd_offset(pgd, address);
 385
 386                 if (pmd_none(*pmd))
 387                         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 388                 pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 389
 390                 if (pte_none(*pte))
 391                         set_pte(pte, pfn_pte(__pa(alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE)) >> PAGE_SHIFT,
 392                                              PAGE_KERNEL));
 393         }
 394         return 0;
 395 }
 396
 397 struct memmap_init_callback_data {
 398         struct page *start;
 399         struct page *end;
 400         int nid;
 401         unsigned long zone;
 402 };
 403
 404 static int
 405 virtual_memmap_init (u64 start, u64 end, void *arg)
 406 {
 407         struct memmap_init_callback_data *args;
 408         struct page *map_start, *map_end;
 409
 410         args = (struct memmap_init_callback_data *) arg;
 411
 412         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 413         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 414
 415         if (map_start < args->start)
 416                 map_start = args->start;
 417         if (map_end > args->end)
 418                 map_end = args->end;
 419
 420         /*
 421          * We have to initialize "out of bounds" struct page elements that fit completely
 422          * on the same pages that were allocated for the "in bounds" elements because they
 423          * may be referenced later (and found to be "reserved").
 424          */
 425         map_start -= ((unsigned long) map_start & (PAGE_SIZE - 1)) / sizeof(struct page);
 426         map_end += ((PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end) - (unsigned long) map_end)
 427                     / sizeof(struct page));
 428
 429         if (map_start < map_end)
 430                 memmap_init_zone(map_start, (unsigned long) (map_end - map_start),
 431                                  args->nid, args->zone, page_to_pfn(map_start));
 432         return 0;
 433 }
 434
 435 void
 436 memmap_init (struct page *start, unsigned long size, int nid,
 437              unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
 438 {
 439         if (!vmem_map)
 440                 memmap_init_zone(start, size, nid, zone, start_pfn);
 441         else {
 442                 struct memmap_init_callback_data args;
 443
 444                 args.start = start;
 445                 args.end = start + size;
 446                 args.nid = nid;
 447                 args.zone = zone;
 448
 449                 efi_memmap_walk(virtual_memmap_init, &args);
 450         }
 451 }
 452
 453 int
 454 ia64_pfn_valid (unsigned long pfn)
 455 {
 456         char byte;
 457         struct page *pg = pfn_to_page(pfn);
 458
 459         return     (__get_user(byte, (char *) pg) == 0)
 460                 && ((((u64)pg & PAGE_MASK) == (((u64)(pg + 1) - 1) & PAGE_MASK))
 461                         || (__get_user(byte, (char *) (pg + 1) - 1) == 0));
 462 }
 463 EXPORT_SYMBOL(ia64_pfn_valid);
 464
 465 int
 466 find_largest_hole (u64 start, u64 end, void *arg)
 467 {
 468         u64 *max_gap = arg;
 469
 470         static u64 last_end = PAGE_OFFSET;
 471
 472         /* NOTE: this algorithm assumes efi memmap table is ordered */
 473
 474         if (*max_gap < (start - last_end))
 475                 *max_gap = start - last_end;
 476         last_end = end;
 477         return 0;
 478 }
 479 #endif /* CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP */
 480
 481 static int
 482 count_reserved_pages (u64 start, u64 end, void *arg)
 483 {
 484         unsigned long num_reserved = 0;
 485         unsigned long *count = arg;
 486
 487         for (; start < end; start += PAGE_SIZE)
 488                 if (PageReserved(virt_to_page(start)))
 489                         ++num_reserved;
 490         *count += num_reserved;
 491         return 0;
 492 }
 493
 494 /*
 495  * Boot command-line option "nolwsys" can be used to disable the use of any light-weight
 496  * system call handler.  When this option is in effect, all fsyscalls will end up bubbling
 497  * down into the kernel and calling the normal (heavy-weight) syscall handler.  This is
 498  * useful for performance testing, but conceivably could also come in handy for debugging
 499  * purposes.
 500  */
 501
 502 static int nolwsys;
 503
 504 static int __init
 505 nolwsys_setup (char *s)
 506 {
 507         nolwsys = 1;
 508         return 1;
 509 }
 510
 511 __setup("nolwsys", nolwsys_setup);
 512
 513 void
 514 mem_init (void)
 515 {
 516         long reserved_pages, codesize, datasize, initsize;
 517         unsigned long num_pgt_pages;
 518         pg_data_t *pgdat;
 519         int i;
 520         static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmem, kcore_kernel;
 521
 522 #ifdef CONFIG_PCI
 523         /*
 524          * This needs to be called _after_ the command line has been parsed but _before_
 525          * any drivers that may need the PCI DMA interface are initialized or bootmem has
 526          * been freed.
 527          */
 528         platform_dma_init();
 529 #endif
 530
 531 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 532         if (!mem_map)
 533                 BUG();
 534         max_mapnr = max_low_pfn;
 535 #endif
 536
 537         high_memory = __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 538
 539         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 540         kclist_add(&kcore_vmem, (void *)VMALLOC_START, VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 541         kclist_add(&kcore_kernel, _stext, _end - _stext);
 542
 543         for_each_pgdat(pgdat)
 544                 totalram_pages += free_all_bootmem_node(pgdat);
 545
 546         reserved_pages = 0;
 547         efi_memmap_walk(count_reserved_pages, &reserved_pages);
 548
 549         codesize =  (unsigned long) _etext - (unsigned long) _stext;
 550         datasize =  (unsigned long) _edata - (unsigned long) _etext;
 551         initsize =  (unsigned long) __init_end - (unsigned long) __init_begin;
 552
 553         printk(KERN_INFO "Memory: %luk/%luk available (%luk code, %luk reserved, "
 554                "%luk data, %luk init)\n", (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
 555                num_physpages << (PAGE_SHIFT - 10), codesize >> 10,
 556                reserved_pages << (PAGE_SHIFT - 10), datasize >> 10, initsize >> 10);
 557
 558         /*
 559          * Allow for enough (cached) page table pages so that we can map the entire memory
 560          * at least once.  Each task also needs a couple of page tables pages, so add in a
 561          * fudge factor for that (don't use "threads-max" here; that would be wrong!).
 562          * Don't allow the cache to be more than 10% of total memory, though.
 563          */
 564 #       define NUM_TASKS        500     /* typical number of tasks */
 565         num_pgt_pages = nr_free_pages() / PTRS_PER_PGD + NUM_TASKS;
 566         if (num_pgt_pages > nr_free_pages() / 10)
 567                 num_pgt_pages = nr_free_pages() / 10;
 568         if (num_pgt_pages > (u64) pgt_cache_water[1])
 569                 pgt_cache_water[1] = num_pgt_pages;
 570
 571         /*
 572          * For fsyscall entrpoints with no light-weight handler, use the ordinary
 573          * (heavy-weight) handler, but mark it by setting bit 0, so the fsyscall entry
 574          * code can tell them apart.
 575          */
 576         for (i = 0; i < NR_syscalls; ++i) {
 577                 extern unsigned long fsyscall_table[NR_syscalls];
 578                 extern unsigned long sys_call_table[NR_syscalls];
 579
 580                 if (!fsyscall_table[i] || nolwsys)
 581                         fsyscall_table[i] = sys_call_table[i] | 1;
 582         }
 583         setup_gate();   /* setup gate pages before we free up boot memory... */
 584
 585 #ifdef CONFIG_IA32_SUPPORT
 586         ia32_boot_gdt_init();
 587 #endif
 588 }