Merge branch 'x86/urgent' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/tip/linux...
[linux-2.6.git] / arch / powerpc / mm / slice.c
1 /*
2  * address space "slices" (meta-segments) support
3  *
4  * Copyright (C) 2007 Benjamin Herrenschmidt, IBM Corporation.
5  *
6  * Based on hugetlb implementation
7  *
8  * Copyright (C) 2003 David Gibson, IBM Corporation.
9  *
10  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
11  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
12  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
13  * (at your option) any later version.
14  *
15  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
18  * GNU General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU General Public License
21  * along with this program; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
23  */
24
25 #undef DEBUG
26
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/mm.h>
29 #include <linux/pagemap.h>
30 #include <linux/err.h>
31 #include <linux/spinlock.h>
32 #include <linux/module.h>
33 #include <asm/mman.h>
34 #include <asm/mmu.h>
35 #include <asm/spu.h>
36
37 static DEFINE_SPINLOCK(slice_convert_lock);
38
39
40 #ifdef DEBUG
41 int _slice_debug = 1;
42
43 static void slice_print_mask(const char *label, struct slice_mask mask)
44 {
45         char    *p, buf[16 + 3 + 16 + 1];
46         int     i;
47
48         if (!_slice_debug)
49                 return;
50         p = buf;
51         for (i = 0; i < SLICE_NUM_LOW; i++)
52                 *(p++) = (mask.low_slices & (1 << i)) ? '1' : '0';
53         *(p++) = ' ';
54         *(p++) = '-';
55         *(p++) = ' ';
56         for (i = 0; i < SLICE_NUM_HIGH; i++)
57                 *(p++) = (mask.high_slices & (1 << i)) ? '1' : '0';
58         *(p++) = 0;
59
60         printk(KERN_DEBUG "%s:%s\n", label, buf);
61 }
62
63 #define slice_dbg(fmt...) do { if (_slice_debug) pr_debug(fmt); } while(0)
64
65 #else
66
67 static void slice_print_mask(const char *label, struct slice_mask mask) {}
68 #define slice_dbg(fmt...)
69
70 #endif
71
72 static struct slice_mask slice_range_to_mask(unsigned long start,
73                                              unsigned long len)
74 {
75         unsigned long end = start + len - 1;
76         struct slice_mask ret = { 0, 0 };
77
78         if (start < SLICE_LOW_TOP) {
79                 unsigned long mend = min(end, SLICE_LOW_TOP);
80                 unsigned long mstart = min(start, SLICE_LOW_TOP);
81
82                 ret.low_slices = (1u << (GET_LOW_SLICE_INDEX(mend) + 1))
83                         - (1u << GET_LOW_SLICE_INDEX(mstart));
84         }
85
86         if ((start + len) > SLICE_LOW_TOP)
87                 ret.high_slices = (1u << (GET_HIGH_SLICE_INDEX(end) + 1))
88                         - (1u << GET_HIGH_SLICE_INDEX(start));
89
90         return ret;
91 }
92
93 static int slice_area_is_free(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
94                               unsigned long len)
95 {
96         struct vm_area_struct *vma;
97
98         if ((mm->task_size - len) < addr)
99                 return 0;
100         vma = find_vma(mm, addr);
101         return (!vma || (addr + len) <= vma->vm_start);
102 }
103
104 static int slice_low_has_vma(struct mm_struct *mm, unsigned long slice)
105 {
106         return !slice_area_is_free(mm, slice << SLICE_LOW_SHIFT,
107                                    1ul << SLICE_LOW_SHIFT);
108 }
109
110 static int slice_high_has_vma(struct mm_struct *mm, unsigned long slice)
111 {
112         unsigned long start = slice << SLICE_HIGH_SHIFT;
113         unsigned long end = start + (1ul << SLICE_HIGH_SHIFT);
114
115         /* Hack, so that each addresses is controlled by exactly one
116          * of the high or low area bitmaps, the first high area starts
117          * at 4GB, not 0 */
118         if (start == 0)
119                 start = SLICE_LOW_TOP;
120
121         return !slice_area_is_free(mm, start, end - start);
122 }
123
124 static struct slice_mask slice_mask_for_free(struct mm_struct *mm)
125 {
126         struct slice_mask ret = { 0, 0 };
127         unsigned long i;
128
129         for (i = 0; i < SLICE_NUM_LOW; i++)
130                 if (!slice_low_has_vma(mm, i))
131                         ret.low_slices |= 1u << i;
132
133         if (mm->task_size <= SLICE_LOW_TOP)
134                 return ret;
135
136         for (i = 0; i < SLICE_NUM_HIGH; i++)
137                 if (!slice_high_has_vma(mm, i))
138                         ret.high_slices |= 1u << i;
139
140         return ret;
141 }
142
143 static struct slice_mask slice_mask_for_size(struct mm_struct *mm, int psize)
144 {
145         struct slice_mask ret = { 0, 0 };
146         unsigned long i;
147         u64 psizes;
148
149         psizes = mm->context.low_slices_psize;
150         for (i = 0; i < SLICE_NUM_LOW; i++)
151                 if (((psizes >> (i * 4)) & 0xf) == psize)
152                         ret.low_slices |= 1u << i;
153
154         psizes = mm->context.high_slices_psize;
155         for (i = 0; i < SLICE_NUM_HIGH; i++)
156                 if (((psizes >> (i * 4)) & 0xf) == psize)
157                         ret.high_slices |= 1u << i;
158
159         return ret;
160 }
161
162 static int slice_check_fit(struct slice_mask mask, struct slice_mask available)
163 {
164         return (mask.low_slices & available.low_slices) == mask.low_slices &&
165                 (mask.high_slices & available.high_slices) == mask.high_slices;
166 }
167
168 static void slice_flush_segments(void *parm)
169 {
170         struct mm_struct *mm = parm;
171         unsigned long flags;
172
173         if (mm != current->active_mm)
174                 return;
175
176         /* update the paca copy of the context struct */
177         get_paca()->context = current->active_mm->context;
178
179         local_irq_save(flags);
180         slb_flush_and_rebolt();
181         local_irq_restore(flags);
182 }
183
184 static void slice_convert(struct mm_struct *mm, struct slice_mask mask, int psize)
185 {
186         /* Write the new slice psize bits */
187         u64 lpsizes, hpsizes;
188         unsigned long i, flags;
189
190         slice_dbg("slice_convert(mm=%p, psize=%d)\n", mm, psize);
191         slice_print_mask(" mask", mask);
192
193         /* We need to use a spinlock here to protect against
194          * concurrent 64k -> 4k demotion ...
195          */
196         spin_lock_irqsave(&slice_convert_lock, flags);
197
198         lpsizes = mm->context.low_slices_psize;
199         for (i = 0; i < SLICE_NUM_LOW; i++)
200                 if (mask.low_slices & (1u << i))
201                         lpsizes = (lpsizes & ~(0xful << (i * 4))) |
202                                 (((unsigned long)psize) << (i * 4));
203
204         hpsizes = mm->context.high_slices_psize;
205         for (i = 0; i < SLICE_NUM_HIGH; i++)
206                 if (mask.high_slices & (1u << i))
207                         hpsizes = (hpsizes & ~(0xful << (i * 4))) |
208                                 (((unsigned long)psize) << (i * 4));
209
210         mm->context.low_slices_psize = lpsizes;
211         mm->context.high_slices_psize = hpsizes;
212
213         slice_dbg(" lsps=%lx, hsps=%lx\n",
214                   mm->context.low_slices_psize,
215                   mm->context.high_slices_psize);
216
217         spin_unlock_irqrestore(&slice_convert_lock, flags);
218         mb();
219
220         /* XXX this is sub-optimal but will do for now */
221         on_each_cpu(slice_flush_segments, mm, 1);
222 #ifdef CONFIG_SPU_BASE
223         spu_flush_all_slbs(mm);
224 #endif
225 }
226
227 static unsigned long slice_find_area_bottomup(struct mm_struct *mm,
228                                               unsigned long len,
229                                               struct slice_mask available,
230                                               int psize, int use_cache)
231 {
232         struct vm_area_struct *vma;
233         unsigned long start_addr, addr;
234         struct slice_mask mask;
235         int pshift = max_t(int, mmu_psize_defs[psize].shift, PAGE_SHIFT);
236
237         if (use_cache) {
238                 if (len <= mm->cached_hole_size) {
239                         start_addr = addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
240                         mm->cached_hole_size = 0;
241                 } else
242                         start_addr = addr = mm->free_area_cache;
243         } else
244                 start_addr = addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
245
246 full_search:
247         for (;;) {
248                 addr = _ALIGN_UP(addr, 1ul << pshift);
249                 if ((TASK_SIZE - len) < addr)
250                         break;
251                 vma = find_vma(mm, addr);
252                 BUG_ON(vma && (addr >= vma->vm_end));
253
254                 mask = slice_range_to_mask(addr, len);
255                 if (!slice_check_fit(mask, available)) {
256                         if (addr < SLICE_LOW_TOP)
257                                 addr = _ALIGN_UP(addr + 1,  1ul << SLICE_LOW_SHIFT);
258                         else
259                                 addr = _ALIGN_UP(addr + 1,  1ul << SLICE_HIGH_SHIFT);
260                         continue;
261                 }
262                 if (!vma || addr + len <= vma->vm_start) {
263                         /*
264                          * Remember the place where we stopped the search:
265                          */
266                         if (use_cache)
267                                 mm->free_area_cache = addr + len;
268                         return addr;
269                 }
270                 if (use_cache && (addr + mm->cached_hole_size) < vma->vm_start)
271                         mm->cached_hole_size = vma->vm_start - addr;
272                 addr = vma->vm_end;
273         }
274
275         /* Make sure we didn't miss any holes */
276         if (use_cache && start_addr != TASK_UNMAPPED_BASE) {
277                 start_addr = addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
278                 mm->cached_hole_size = 0;
279                 goto full_search;
280         }
281         return -ENOMEM;
282 }
283
284 static unsigned long slice_find_area_topdown(struct mm_struct *mm,
285                                              unsigned long len,
286                                              struct slice_mask available,
287                                              int psize, int use_cache)
288 {
289         struct vm_area_struct *vma;
290         unsigned long addr;
291         struct slice_mask mask;
292         int pshift = max_t(int, mmu_psize_defs[psize].shift, PAGE_SHIFT);
293
294         /* check if free_area_cache is useful for us */
295         if (use_cache) {
296                 if (len <= mm->cached_hole_size) {
297                         mm->cached_hole_size = 0;
298                         mm->free_area_cache = mm->mmap_base;
299                 }
300
301                 /* either no address requested or can't fit in requested
302                  * address hole
303                  */
304                 addr = mm->free_area_cache;
305
306                 /* make sure it can fit in the remaining address space */
307                 if (addr > len) {
308                         addr = _ALIGN_DOWN(addr - len, 1ul << pshift);
309                         mask = slice_range_to_mask(addr, len);
310                         if (slice_check_fit(mask, available) &&
311                             slice_area_is_free(mm, addr, len))
312                                         /* remember the address as a hint for
313                                          * next time
314                                          */
315                                         return (mm->free_area_cache = addr);
316                 }
317         }
318
319         addr = mm->mmap_base;
320         while (addr > len) {
321                 /* Go down by chunk size */
322                 addr = _ALIGN_DOWN(addr - len, 1ul << pshift);
323
324                 /* Check for hit with different page size */
325                 mask = slice_range_to_mask(addr, len);
326                 if (!slice_check_fit(mask, available)) {
327                         if (addr < SLICE_LOW_TOP)
328                                 addr = _ALIGN_DOWN(addr, 1ul << SLICE_LOW_SHIFT);
329                         else if (addr < (1ul << SLICE_HIGH_SHIFT))
330                                 addr = SLICE_LOW_TOP;
331                         else
332                                 addr = _ALIGN_DOWN(addr, 1ul << SLICE_HIGH_SHIFT);
333                         continue;
334                 }
335
336                 /*
337                  * Lookup failure means no vma is above this address,
338                  * else if new region fits below vma->vm_start,
339                  * return with success:
340                  */
341                 vma = find_vma(mm, addr);
342                 if (!vma || (addr + len) <= vma->vm_start) {
343                         /* remember the address as a hint for next time */
344                         if (use_cache)
345                                 mm->free_area_cache = addr;
346                         return addr;
347                 }
348
349                 /* remember the largest hole we saw so far */
350                 if (use_cache && (addr + mm->cached_hole_size) < vma->vm_start)
351                         mm->cached_hole_size = vma->vm_start - addr;
352
353                 /* try just below the current vma->vm_start */
354                 addr = vma->vm_start;
355         }
356
357         /*
358          * A failed mmap() very likely causes application failure,
359          * so fall back to the bottom-up function here. This scenario
360          * can happen with large stack limits and large mmap()
361          * allocations.
362          */
363         addr = slice_find_area_bottomup(mm, len, available, psize, 0);
364
365         /*
366          * Restore the topdown base:
367          */
368         if (use_cache) {
369                 mm->free_area_cache = mm->mmap_base;
370                 mm->cached_hole_size = ~0UL;
371         }
372
373         return addr;
374 }
375
376
377 static unsigned long slice_find_area(struct mm_struct *mm, unsigned long len,
378                                      struct slice_mask mask, int psize,
379                                      int topdown, int use_cache)
380 {
381         if (topdown)
382                 return slice_find_area_topdown(mm, len, mask, psize, use_cache);
383         else
384                 return slice_find_area_bottomup(mm, len, mask, psize, use_cache);
385 }
386
387 unsigned long slice_get_unmapped_area(unsigned long addr, unsigned long len,
388                                       unsigned long flags, unsigned int psize,
389                                       int topdown, int use_cache)
390 {
391         struct slice_mask mask;
392         struct slice_mask good_mask;
393         struct slice_mask potential_mask = {0,0} /* silence stupid warning */;
394         int pmask_set = 0;
395         int fixed = (flags & MAP_FIXED);
396         int pshift = max_t(int, mmu_psize_defs[psize].shift, PAGE_SHIFT);
397         struct mm_struct *mm = current->mm;
398
399         /* Sanity checks */
400         BUG_ON(mm->task_size == 0);
401
402         slice_dbg("slice_get_unmapped_area(mm=%p, psize=%d...\n", mm, psize);
403         slice_dbg(" addr=%lx, len=%lx, flags=%lx, topdown=%d, use_cache=%d\n",
404                   addr, len, flags, topdown, use_cache);
405
406         if (len > mm->task_size)
407                 return -ENOMEM;
408         if (len & ((1ul << pshift) - 1))
409                 return -EINVAL;
410         if (fixed && (addr & ((1ul << pshift) - 1)))
411                 return -EINVAL;
412         if (fixed && addr > (mm->task_size - len))
413                 return -EINVAL;
414
415         /* If hint, make sure it matches our alignment restrictions */
416         if (!fixed && addr) {
417                 addr = _ALIGN_UP(addr, 1ul << pshift);
418                 slice_dbg(" aligned addr=%lx\n", addr);
419         }
420
421         /* First makeup a "good" mask of slices that have the right size
422          * already
423          */
424         good_mask = slice_mask_for_size(mm, psize);
425         slice_print_mask(" good_mask", good_mask);
426
427         /* First check hint if it's valid or if we have MAP_FIXED */
428         if ((addr != 0 || fixed) && (mm->task_size - len) >= addr) {
429
430                 /* Don't bother with hint if it overlaps a VMA */
431                 if (!fixed && !slice_area_is_free(mm, addr, len))
432                         goto search;
433
434                 /* Build a mask for the requested range */
435                 mask = slice_range_to_mask(addr, len);
436                 slice_print_mask(" mask", mask);
437
438                 /* Check if we fit in the good mask. If we do, we just return,
439                  * nothing else to do
440                  */
441                 if (slice_check_fit(mask, good_mask)) {
442                         slice_dbg(" fits good !\n");
443                         return addr;
444                 }
445
446                 /* We don't fit in the good mask, check what other slices are
447                  * empty and thus can be converted
448                  */
449                 potential_mask = slice_mask_for_free(mm);
450                 potential_mask.low_slices |= good_mask.low_slices;
451                 potential_mask.high_slices |= good_mask.high_slices;
452                 pmask_set = 1;
453                 slice_print_mask(" potential", potential_mask);
454                 if (slice_check_fit(mask, potential_mask)) {
455                         slice_dbg(" fits potential !\n");
456                         goto convert;
457                 }
458         }
459
460         /* If we have MAP_FIXED and failed the above step, then error out */
461         if (fixed)
462                 return -EBUSY;
463
464  search:
465         slice_dbg(" search...\n");
466
467         /* Now let's see if we can find something in the existing slices
468          * for that size
469          */
470         addr = slice_find_area(mm, len, good_mask, psize, topdown, use_cache);
471         if (addr != -ENOMEM) {
472                 /* Found within the good mask, we don't have to setup,
473                  * we thus return directly
474                  */
475                 slice_dbg(" found area at 0x%lx\n", addr);
476                 return addr;
477         }
478
479         /* Won't fit, check what can be converted */
480         if (!pmask_set) {
481                 potential_mask = slice_mask_for_free(mm);
482                 potential_mask.low_slices |= good_mask.low_slices;
483                 potential_mask.high_slices |= good_mask.high_slices;
484                 pmask_set = 1;
485                 slice_print_mask(" potential", potential_mask);
486         }
487
488         /* Now let's see if we can find something in the existing slices
489          * for that size
490          */
491         addr = slice_find_area(mm, len, potential_mask, psize, topdown,
492                                use_cache);
493         if (addr == -ENOMEM)
494                 return -ENOMEM;
495
496         mask = slice_range_to_mask(addr, len);
497         slice_dbg(" found potential area at 0x%lx\n", addr);
498         slice_print_mask(" mask", mask);
499
500  convert:
501         slice_convert(mm, mask, psize);
502         return addr;
503
504 }
505 EXPORT_SYMBOL_GPL(slice_get_unmapped_area);
506
507 unsigned long arch_get_unmapped_area(struct file *filp,
508                                      unsigned long addr,
509                                      unsigned long len,
510                                      unsigned long pgoff,
511                                      unsigned long flags)
512 {
513         return slice_get_unmapped_area(addr, len, flags,
514                                        current->mm->context.user_psize,
515                                        0, 1);
516 }
517
518 unsigned long arch_get_unmapped_area_topdown(struct file *filp,
519                                              const unsigned long addr0,
520                                              const unsigned long len,
521                                              const unsigned long pgoff,
522                                              const unsigned long flags)
523 {
524         return slice_get_unmapped_area(addr0, len, flags,
525                                        current->mm->context.user_psize,
526                                        1, 1);
527 }
528
529 unsigned int get_slice_psize(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
530 {
531         u64 psizes;
532         int index;
533
534         if (addr < SLICE_LOW_TOP) {
535                 psizes = mm->context.low_slices_psize;
536                 index = GET_LOW_SLICE_INDEX(addr);
537         } else {
538                 psizes = mm->context.high_slices_psize;
539                 index = GET_HIGH_SLICE_INDEX(addr);
540         }
541
542         return (psizes >> (index * 4)) & 0xf;
543 }
544 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_slice_psize);
545
546 /*
547  * This is called by hash_page when it needs to do a lazy conversion of
548  * an address space from real 64K pages to combo 4K pages (typically
549  * when hitting a non cacheable mapping on a processor or hypervisor
550  * that won't allow them for 64K pages).
551  *
552  * This is also called in init_new_context() to change back the user
553  * psize from whatever the parent context had it set to
554  * N.B. This may be called before mm->context.id has been set.
555  *
556  * This function will only change the content of the {low,high)_slice_psize
557  * masks, it will not flush SLBs as this shall be handled lazily by the
558  * caller.
559  */
560 void slice_set_user_psize(struct mm_struct *mm, unsigned int psize)
561 {
562         unsigned long flags, lpsizes, hpsizes;
563         unsigned int old_psize;
564         int i;
565
566         slice_dbg("slice_set_user_psize(mm=%p, psize=%d)\n", mm, psize);
567
568         spin_lock_irqsave(&slice_convert_lock, flags);
569
570         old_psize = mm->context.user_psize;
571         slice_dbg(" old_psize=%d\n", old_psize);
572         if (old_psize == psize)
573                 goto bail;
574
575         mm->context.user_psize = psize;
576         wmb();
577
578         lpsizes = mm->context.low_slices_psize;
579         for (i = 0; i < SLICE_NUM_LOW; i++)
580                 if (((lpsizes >> (i * 4)) & 0xf) == old_psize)
581                         lpsizes = (lpsizes & ~(0xful << (i * 4))) |
582                                 (((unsigned long)psize) << (i * 4));
583
584         hpsizes = mm->context.high_slices_psize;
585         for (i = 0; i < SLICE_NUM_HIGH; i++)
586                 if (((hpsizes >> (i * 4)) & 0xf) == old_psize)
587                         hpsizes = (hpsizes & ~(0xful << (i * 4))) |
588                                 (((unsigned long)psize) << (i * 4));
589
590         mm->context.low_slices_psize = lpsizes;
591         mm->context.high_slices_psize = hpsizes;
592
593         slice_dbg(" lsps=%lx, hsps=%lx\n",
594                   mm->context.low_slices_psize,
595                   mm->context.high_slices_psize);
596
597  bail:
598         spin_unlock_irqrestore(&slice_convert_lock, flags);
599 }
600
601 /*
602  * is_hugepage_only_range() is used by generic code to verify wether
603  * a normal mmap mapping (non hugetlbfs) is valid on a given area.
604  *
605  * until the generic code provides a more generic hook and/or starts
606  * calling arch get_unmapped_area for MAP_FIXED (which our implementation
607  * here knows how to deal with), we hijack it to keep standard mappings
608  * away from us.
609  *
610  * because of that generic code limitation, MAP_FIXED mapping cannot
611  * "convert" back a slice with no VMAs to the standard page size, only
612  * get_unmapped_area() can. It would be possible to fix it here but I
613  * prefer working on fixing the generic code instead.
614  *
615  * WARNING: This will not work if hugetlbfs isn't enabled since the
616  * generic code will redefine that function as 0 in that. This is ok
617  * for now as we only use slices with hugetlbfs enabled. This should
618  * be fixed as the generic code gets fixed.
619  */
620 int is_hugepage_only_range(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
621                            unsigned long len)
622 {
623         struct slice_mask mask, available;
624
625         mask = slice_range_to_mask(addr, len);
626         available = slice_mask_for_size(mm, mm->context.user_psize);
627
628 #if 0 /* too verbose */
629         slice_dbg("is_hugepage_only_range(mm=%p, addr=%lx, len=%lx)\n",
630                  mm, addr, len);
631         slice_print_mask(" mask", mask);
632         slice_print_mask(" available", available);
633 #endif
634         return !slice_check_fit(mask, available);
635 }
636