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 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->signal->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                 down_write(&current->mm->mmap_sem);
 135                 if (insert_vm_struct(current->mm, vma)) {
 136                         up_write(&current->mm->mmap_sem);
 137                         kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
 138                         return;
 139                 }
 140                 up_write(&current->mm->mmap_sem);
 141         }
 142
 143         /* map NaT-page at address zero to speed up speculative dereferencing of NULL: */
 144         if (!(current->personality & MMAP_PAGE_ZERO)) {
 145                 vma = kmem_cache_alloc(vm_area_cachep, SLAB_KERNEL);
 146                 if (vma) {
 147                         memset(vma, 0, sizeof(*vma));
 148                         vma->vm_mm = current->mm;
 149                         vma->vm_end = PAGE_SIZE;
 150                         vma->vm_page_prot = __pgprot(pgprot_val(PAGE_READONLY) | _PAGE_MA_NAT);
 151                         vma->vm_flags = VM_READ | VM_MAYREAD | VM_IO | VM_RESERVED;
 152                         down_write(&current->mm->mmap_sem);
 153                         if (insert_vm_struct(current->mm, vma)) {
 154                                 up_write(&current->mm->mmap_sem);
 155                                 kmem_cache_free(vm_area_cachep, vma);
 156                                 return;
 157                         }
 158                         up_write(&current->mm->mmap_sem);
 159                 }
 160         }
 161 }
 162
 163 void
 164 free_initmem (void)
 165 {
 166         unsigned long addr, eaddr;
 167
 168         addr = (unsigned long) ia64_imva(__init_begin);
 169         eaddr = (unsigned long) ia64_imva(__init_end);
 170         while (addr < eaddr) {
 171                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 172                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 173                 free_page(addr);
 174                 ++totalram_pages;
 175                 addr += PAGE_SIZE;
 176         }
 177         printk(KERN_INFO "Freeing unused kernel memory: %ldkB freed\n",
 178                (__init_end - __init_begin) >> 10);
 179 }
 180
 181 void
 182 free_initrd_mem (unsigned long start, unsigned long end)
 183 {
 184         struct page *page;
 185         /*
 186          * EFI uses 4KB pages while the kernel can use 4KB or bigger.
 187          * Thus EFI and the kernel may have different page sizes. It is
 188          * therefore possible to have the initrd share the same page as
 189          * the end of the kernel (given current setup).
 190          *
 191          * To avoid freeing/using the wrong page (kernel sized) we:
 192          *      - align up the beginning of initrd
 193          *      - align down the end of initrd
 194          *
 195          *  |             |
 196          *  |=============| a000
 197          *  |             |
 198          *  |             |
 199          *  |             | 9000
 200          *  |/////////////|
 201          *  |/////////////|
 202          *  |=============| 8000
 203          *  |///INITRD////|
 204          *  |/////////////|
 205          *  |/////////////| 7000
 206          *  |             |
 207          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 208          *  |=============| 6000
 209          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 210          *  |KKKKKKKKKKKKK|
 211          *  K=kernel using 8KB pages
 212          *
 213          * In this example, we must free page 8000 ONLY. So we must align up
 214          * initrd_start and keep initrd_end as is.
 215          */
 216         start = PAGE_ALIGN(start);
 217         end = end & PAGE_MASK;
 218
 219         if (start < end)
 220                 printk(KERN_INFO "Freeing initrd memory: %ldkB freed\n", (end - start) >> 10);
 221
 222         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 223                 if (!virt_addr_valid(start))
 224                         continue;
 225                 page = virt_to_page(start);
 226                 ClearPageReserved(page);
 227                 set_page_count(page, 1);
 228                 free_page(start);
 229                 ++totalram_pages;
 230         }
 231 }
 232
 233 /*
 234  * This installs a clean page in the kernel's page table.
 235  */
 236 struct page *
 237 put_kernel_page (struct page *page, unsigned long address, pgprot_t pgprot)
 238 {
 239         pgd_t *pgd;
 240         pud_t *pud;
 241         pmd_t *pmd;
 242         pte_t *pte;
 243
 244         if (!PageReserved(page))
 245                 printk(KERN_ERR "put_kernel_page: page at 0x%p not in reserved memory\n",
 246                        page_address(page));
 247
 248         pgd = pgd_offset_k(address);            /* note: this is NOT pgd_offset()! */
 249
 250         spin_lock(&init_mm.page_table_lock);
 251         {
 252                 pud = pud_alloc(&init_mm, pgd, address);
 253                 if (!pud)
 254                         goto out;
 255
 256                 pmd = pmd_alloc(&init_mm, pud, address);
 257                 if (!pmd)
 258                         goto out;
 259                 pte = pte_alloc_map(&init_mm, pmd, address);
 260                 if (!pte)
 261                         goto out;
 262                 if (!pte_none(*pte)) {
 263                         pte_unmap(pte);
 264                         goto out;
 265                 }
 266                 set_pte(pte, mk_pte(page, pgprot));
 267                 pte_unmap(pte);
 268         }
 269   out:  spin_unlock(&init_mm.page_table_lock);
 270         /* no need for flush_tlb */
 271         return page;
 272 }
 273
 274 static void
 275 setup_gate (void)
 276 {
 277         struct page *page;
 278
 279         /*
 280          * Map the gate page twice: once read-only to export the ELF headers etc. and once
 281          * execute-only page to enable privilege-promotion via "epc":
 282          */
 283         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section));
 284         put_kernel_page(page, GATE_ADDR, PAGE_READONLY);
 285 #ifdef HAVE_BUGGY_SEGREL
 286         page = virt_to_page(ia64_imva(__start_gate_section + PAGE_SIZE));
 287         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 288 #else
 289         put_kernel_page(page, GATE_ADDR + PERCPU_PAGE_SIZE, PAGE_GATE);
 290 #endif
 291         ia64_patch_gate();
 292 }
 293
 294 void __devinit
 295 ia64_mmu_init (void *my_cpu_data)
 296 {
 297         unsigned long psr, pta, impl_va_bits;
 298         extern void __devinit tlb_init (void);
 299
 300 #ifdef CONFIG_DISABLE_VHPT
 301 #       define VHPT_ENABLE_BIT  0
 302 #else
 303 #       define VHPT_ENABLE_BIT  1
 304 #endif
 305
 306         /* Pin mapping for percpu area into TLB */
 307         psr = ia64_clear_ic();
 308         ia64_itr(0x2, IA64_TR_PERCPU_DATA, PERCPU_ADDR,
 309                  pte_val(pfn_pte(__pa(my_cpu_data) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL)),
 310                  PERCPU_PAGE_SHIFT);
 311
 312         ia64_set_psr(psr);
 313         ia64_srlz_i();
 314
 315         /*
 316          * Check if the virtually mapped linear page table (VMLPT) overlaps with a mapped
 317          * address space.  The IA-64 architecture guarantees that at least 50 bits of
 318          * virtual address space are implemented but if we pick a large enough page size
 319          * (e.g., 64KB), the mapped address space is big enough that it will overlap with
 320          * VMLPT.  I assume that once we run on machines big enough to warrant 64KB pages,
 321          * IMPL_VA_MSB will be significantly bigger, so this is unlikely to become a
 322          * problem in practice.  Alternatively, we could truncate the top of the mapped
 323          * address space to not permit mappings that would overlap with the VMLPT.
 324          * --davidm 00/12/06
 325          */
 326 #       define pte_bits                 3
 327 #       define mapped_space_bits        (3*(PAGE_SHIFT - pte_bits) + PAGE_SHIFT)
 328         /*
 329          * The virtual page table has to cover the entire implemented address space within
 330          * a region even though not all of this space may be mappable.  The reason for
 331          * this is that the Access bit and Dirty bit fault handlers perform
 332          * non-speculative accesses to the virtual page table, so the address range of the
 333          * virtual page table itself needs to be covered by virtual page table.
 334          */
 335 #       define vmlpt_bits               (impl_va_bits - PAGE_SHIFT + pte_bits)
 336 #       define POW2(n)                  (1ULL << (n))
 337
 338         impl_va_bits = ffz(~(local_cpu_data->unimpl_va_mask | (7UL << 61)));
 339
 340         if (impl_va_bits < 51 || impl_va_bits > 61)
 341                 panic("CPU has bogus IMPL_VA_MSB value of %lu!\n", impl_va_bits - 1);
 342
 343         /* place the VMLPT at the end of each page-table mapped region: */
 344         pta = POW2(61) - POW2(vmlpt_bits);
 345
 346         if (POW2(mapped_space_bits) >= pta)
 347                 panic("mm/init: overlap between virtually mapped linear page table and "
 348                       "mapped kernel space!");
 349         /*
 350          * Set the (virtually mapped linear) page table address.  Bit
 351          * 8 selects between the short and long format, bits 2-7 the
 352          * size of the table, and bit 0 whether the VHPT walker is
 353          * enabled.
 354          */
 355         ia64_set_pta(pta | (0 << 8) | (vmlpt_bits << 2) | VHPT_ENABLE_BIT);
 356
 357         ia64_tlb_init();
 358
 359 #ifdef  CONFIG_HUGETLB_PAGE
 360         ia64_set_rr(HPAGE_REGION_BASE, HPAGE_SHIFT << 2);
 361         ia64_srlz_d();
 362 #endif
 363 }
 364
 365 #ifdef CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP
 366
 367 int
 368 create_mem_map_page_table (u64 start, u64 end, void *arg)
 369 {
 370         unsigned long address, start_page, end_page;
 371         struct page *map_start, *map_end;
 372         int node;
 373         pgd_t *pgd;
 374         pud_t *pud;
 375         pmd_t *pmd;
 376         pte_t *pte;
 377
 378         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 379         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 380
 381         start_page = (unsigned long) map_start & PAGE_MASK;
 382         end_page = PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end);
 383         node = paddr_to_nid(__pa(start));
 384
 385         for (address = start_page; address < end_page; address += PAGE_SIZE) {
 386                 pgd = pgd_offset_k(address);
 387                 if (pgd_none(*pgd))
 388                         pgd_populate(&init_mm, pgd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 389                 pud = pud_offset(pgd, address);
 390
 391                 if (pud_none(*pud))
 392                         pud_populate(&init_mm, pud, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 393                 pmd = pmd_offset(pud, address);
 394
 395                 if (pmd_none(*pmd))
 396                         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE));
 397                 pte = pte_offset_kernel(pmd, address);
 398
 399                 if (pte_none(*pte))
 400                         set_pte(pte, pfn_pte(__pa(alloc_bootmem_pages_node(NODE_DATA(node), PAGE_SIZE)) >> PAGE_SHIFT,
 401                                              PAGE_KERNEL));
 402         }
 403         return 0;
 404 }
 405
 406 struct memmap_init_callback_data {
 407         struct page *start;
 408         struct page *end;
 409         int nid;
 410         unsigned long zone;
 411 };
 412
 413 static int
 414 virtual_memmap_init (u64 start, u64 end, void *arg)
 415 {
 416         struct memmap_init_callback_data *args;
 417         struct page *map_start, *map_end;
 418
 419         args = (struct memmap_init_callback_data *) arg;
 420         map_start = vmem_map + (__pa(start) >> PAGE_SHIFT);
 421         map_end   = vmem_map + (__pa(end) >> PAGE_SHIFT);
 422
 423         if (map_start < args->start)
 424                 map_start = args->start;
 425         if (map_end > args->end)
 426                 map_end = args->end;
 427
 428         /*
 429          * We have to initialize "out of bounds" struct page elements that fit completely
 430          * on the same pages that were allocated for the "in bounds" elements because they
 431          * may be referenced later (and found to be "reserved").
 432          */
 433         map_start -= ((unsigned long) map_start & (PAGE_SIZE - 1)) / sizeof(struct page);
 434         map_end += ((PAGE_ALIGN((unsigned long) map_end) - (unsigned long) map_end)
 435                     / sizeof(struct page));
 436
 437         if (map_start < map_end)
 438                 memmap_init_zone((unsigned long)(map_end - map_start),
 439                                  args->nid, args->zone, page_to_pfn(map_start));
 440         return 0;
 441 }
 442
 443 void
 444 memmap_init (unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
 445              unsigned long start_pfn)
 446 {
 447         if (!vmem_map)
 448                 memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn);
 449         else {
 450                 struct page *start;
 451                 struct memmap_init_callback_data args;
 452
 453                 start = pfn_to_page(start_pfn);
 454                 args.start = start;
 455                 args.end = start + size;
 456                 args.nid = nid;
 457                 args.zone = zone;
 458
 459                 efi_memmap_walk(virtual_memmap_init, &args);
 460         }
 461 }
 462
 463 int
 464 ia64_pfn_valid (unsigned long pfn)
 465 {
 466         char byte;
 467         struct page *pg = pfn_to_page(pfn);
 468
 469         return     (__get_user(byte, (char __user *) pg) == 0)
 470                 && ((((u64)pg & PAGE_MASK) == (((u64)(pg + 1) - 1) & PAGE_MASK))
 471                         || (__get_user(byte, (char __user *) (pg + 1) - 1) == 0));
 472 }
 473 EXPORT_SYMBOL(ia64_pfn_valid);
 474
 475 int
 476 find_largest_hole (u64 start, u64 end, void *arg)
 477 {
 478         u64 *max_gap = arg;
 479
 480         static u64 last_end = PAGE_OFFSET;
 481
 482         /* NOTE: this algorithm assumes efi memmap table is ordered */
 483
 484         if (*max_gap < (start - last_end))
 485                 *max_gap = start - last_end;
 486         last_end = end;
 487         return 0;
 488 }
 489 #endif /* CONFIG_VIRTUAL_MEM_MAP */
 490
 491 static int
 492 count_reserved_pages (u64 start, u64 end, void *arg)
 493 {
 494         unsigned long num_reserved = 0;
 495         unsigned long *count = arg;
 496
 497         for (; start < end; start += PAGE_SIZE)
 498                 if (PageReserved(virt_to_page(start)))
 499                         ++num_reserved;
 500         *count += num_reserved;
 501         return 0;
 502 }
 503
 504 /*
 505  * Boot command-line option "nolwsys" can be used to disable the use of any light-weight
 506  * system call handler.  When this option is in effect, all fsyscalls will end up bubbling
 507  * down into the kernel and calling the normal (heavy-weight) syscall handler.  This is
 508  * useful for performance testing, but conceivably could also come in handy for debugging
 509  * purposes.
 510  */
 511
 512 static int nolwsys;
 513
 514 static int __init
 515 nolwsys_setup (char *s)
 516 {
 517         nolwsys = 1;
 518         return 1;
 519 }
 520
 521 __setup("nolwsys", nolwsys_setup);
 522
 523 void
 524 mem_init (void)
 525 {
 526         long reserved_pages, codesize, datasize, initsize;
 527         unsigned long num_pgt_pages;
 528         pg_data_t *pgdat;
 529         int i;
 530         static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmem, kcore_kernel;
 531
 532 #ifdef CONFIG_PCI
 533         /*
 534          * This needs to be called _after_ the command line has been parsed but _before_
 535          * any drivers that may need the PCI DMA interface are initialized or bootmem has
 536          * been freed.
 537          */
 538         platform_dma_init();
 539 #endif
 540
 541 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
 542         if (!mem_map)
 543                 BUG();
 544         max_mapnr = max_low_pfn;
 545 #endif
 546
 547         high_memory = __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 548
 549         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn * PAGE_SIZE);
 550         kclist_add(&kcore_vmem, (void *)VMALLOC_START, VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 551         kclist_add(&kcore_kernel, _stext, _end - _stext);
 552
 553         for_each_pgdat(pgdat)
 554                 totalram_pages += free_all_bootmem_node(pgdat);
 555
 556         reserved_pages = 0;
 557         efi_memmap_walk(count_reserved_pages, &reserved_pages);
 558
 559         codesize =  (unsigned long) _etext - (unsigned long) _stext;
 560         datasize =  (unsigned long) _edata - (unsigned long) _etext;
 561         initsize =  (unsigned long) __init_end - (unsigned long) __init_begin;
 562
 563         printk(KERN_INFO "Memory: %luk/%luk available (%luk code, %luk reserved, "
 564                "%luk data, %luk init)\n", (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
 565                num_physpages << (PAGE_SHIFT - 10), codesize >> 10,
 566                reserved_pages << (PAGE_SHIFT - 10), datasize >> 10, initsize >> 10);
 567
 568         /*
 569          * Allow for enough (cached) page table pages so that we can map the entire memory
 570          * at least once.  Each task also needs a couple of page tables pages, so add in a
 571          * fudge factor for that (don't use "threads-max" here; that would be wrong!).
 572          * Don't allow the cache to be more than 10% of total memory, though.
 573          */
 574 #       define NUM_TASKS        500     /* typical number of tasks */
 575         num_pgt_pages = nr_free_pages() / PTRS_PER_PGD + NUM_TASKS;
 576         if (num_pgt_pages > nr_free_pages() / 10)
 577                 num_pgt_pages = nr_free_pages() / 10;
 578         if (num_pgt_pages > (u64) pgt_cache_water[1])
 579                 pgt_cache_water[1] = num_pgt_pages;
 580
 581         /*
 582          * For fsyscall entrpoints with no light-weight handler, use the ordinary
 583          * (heavy-weight) handler, but mark it by setting bit 0, so the fsyscall entry
 584          * code can tell them apart.
 585          */
 586         for (i = 0; i < NR_syscalls; ++i) {
 587                 extern unsigned long fsyscall_table[NR_syscalls];
 588                 extern unsigned long sys_call_table[NR_syscalls];
 589
 590                 if (!fsyscall_table[i] || nolwsys)
 591                         fsyscall_table[i] = sys_call_table[i] | 1;
 592         }
 593         setup_gate();
 594
 595 #ifdef CONFIG_IA32_SUPPORT
 596         ia32_mem_init();
 597 #endif
 598 }