Linux-2.6.12-rc2
[linux-2.6.git] / 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 }