1af797a0a0924a9f1396b4a8274df967c87c9dce
[linux-2.6.git] / arch / sparc64 / mm / tsb.c
1 /* arch/sparc64/mm/tsb.c
2  *
3  * Copyright (C) 2006 David S. Miller <davem@davemloft.net>
4  */
5
6 #include <linux/kernel.h>
7 #include <asm/system.h>
8 #include <asm/page.h>
9 #include <asm/tlbflush.h>
10 #include <asm/tlb.h>
11 #include <asm/mmu_context.h>
12 #include <asm/pgtable.h>
13 #include <asm/tsb.h>
14 #include <asm/oplib.h>
15
16 extern struct tsb swapper_tsb[KERNEL_TSB_NENTRIES];
17
18 static inline unsigned long tsb_hash(unsigned long vaddr, unsigned long nentries)
19 {
20         vaddr >>= PAGE_SHIFT;
21         return vaddr & (nentries - 1);
22 }
23
24 static inline int tag_compare(unsigned long tag, unsigned long vaddr)
25 {
26         return (tag == (vaddr >> 22));
27 }
28
29 /* TSB flushes need only occur on the processor initiating the address
30  * space modification, not on each cpu the address space has run on.
31  * Only the TLB flush needs that treatment.
32  */
33
34 void flush_tsb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
35 {
36         unsigned long v;
37
38         for (v = start; v < end; v += PAGE_SIZE) {
39                 unsigned long hash = tsb_hash(v, KERNEL_TSB_NENTRIES);
40                 struct tsb *ent = &swapper_tsb[hash];
41
42                 if (tag_compare(ent->tag, v)) {
43                         ent->tag = (1UL << TSB_TAG_INVALID_BIT);
44                         membar_storeload_storestore();
45                 }
46         }
47 }
48
49 void flush_tsb_user(struct mmu_gather *mp)
50 {
51         struct mm_struct *mm = mp->mm;
52         unsigned long nentries, base, flags;
53         struct tsb *tsb;
54         int i;
55
56         spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);
57
58         tsb = mm->context.tsb;
59         nentries = mm->context.tsb_nentries;
60
61         if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor)
62                 base = __pa(tsb);
63         else
64                 base = (unsigned long) tsb;
65         
66         for (i = 0; i < mp->tlb_nr; i++) {
67                 unsigned long v = mp->vaddrs[i];
68                 unsigned long tag, ent, hash;
69
70                 v &= ~0x1UL;
71
72                 hash = tsb_hash(v, nentries);
73                 ent = base + (hash * sizeof(struct tsb));
74                 tag = (v >> 22UL);
75
76                 tsb_flush(ent, tag);
77         }
78
79         spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
80 }
81
82 static void setup_tsb_params(struct mm_struct *mm, unsigned long tsb_bytes)
83 {
84         unsigned long tsb_reg, base, tsb_paddr;
85         unsigned long page_sz, tte;
86
87         mm->context.tsb_nentries = tsb_bytes / sizeof(struct tsb);
88
89         base = TSBMAP_BASE;
90         tte = pgprot_val(PAGE_KERNEL_LOCKED);
91         tsb_paddr = __pa(mm->context.tsb);
92         BUG_ON(tsb_paddr & (tsb_bytes - 1UL));
93
94         /* Use the smallest page size that can map the whole TSB
95          * in one TLB entry.
96          */
97         switch (tsb_bytes) {
98         case 8192 << 0:
99                 tsb_reg = 0x0UL;
100 #ifdef DCACHE_ALIASING_POSSIBLE
101                 base += (tsb_paddr & 8192);
102 #endif
103                 page_sz = 8192;
104                 break;
105
106         case 8192 << 1:
107                 tsb_reg = 0x1UL;
108                 page_sz = 64 * 1024;
109                 break;
110
111         case 8192 << 2:
112                 tsb_reg = 0x2UL;
113                 page_sz = 64 * 1024;
114                 break;
115
116         case 8192 << 3:
117                 tsb_reg = 0x3UL;
118                 page_sz = 64 * 1024;
119                 break;
120
121         case 8192 << 4:
122                 tsb_reg = 0x4UL;
123                 page_sz = 512 * 1024;
124                 break;
125
126         case 8192 << 5:
127                 tsb_reg = 0x5UL;
128                 page_sz = 512 * 1024;
129                 break;
130
131         case 8192 << 6:
132                 tsb_reg = 0x6UL;
133                 page_sz = 512 * 1024;
134                 break;
135
136         case 8192 << 7:
137                 tsb_reg = 0x7UL;
138                 page_sz = 4 * 1024 * 1024;
139                 break;
140
141         default:
142                 BUG();
143         };
144         tte |= pte_sz_bits(page_sz);
145
146         if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
147                 /* Physical mapping, no locked TLB entry for TSB.  */
148                 tsb_reg |= tsb_paddr;
149
150                 mm->context.tsb_reg_val = tsb_reg;
151                 mm->context.tsb_map_vaddr = 0;
152                 mm->context.tsb_map_pte = 0;
153         } else {
154                 tsb_reg |= base;
155                 tsb_reg |= (tsb_paddr & (page_sz - 1UL));
156                 tte |= (tsb_paddr & ~(page_sz - 1UL));
157
158                 mm->context.tsb_reg_val = tsb_reg;
159                 mm->context.tsb_map_vaddr = base;
160                 mm->context.tsb_map_pte = tte;
161         }
162
163         /* Setup the Hypervisor TSB descriptor.  */
164         if (tlb_type == hypervisor) {
165                 struct hv_tsb_descr *hp = &mm->context.tsb_descr;
166
167                 switch (PAGE_SIZE) {
168                 case 8192:
169                 default:
170                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_8K;
171                         break;
172
173                 case 64 * 1024:
174                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_64K;
175                         break;
176
177                 case 512 * 1024:
178                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_512K;
179                         break;
180
181                 case 4 * 1024 * 1024:
182                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_4MB;
183                         break;
184                 };
185                 hp->assoc = 1;
186                 hp->num_ttes = tsb_bytes / 16;
187                 hp->ctx_idx = 0;
188                 switch (PAGE_SIZE) {
189                 case 8192:
190                 default:
191                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_8K;
192                         break;
193
194                 case 64 * 1024:
195                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_64K;
196                         break;
197
198                 case 512 * 1024:
199                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_512K;
200                         break;
201
202                 case 4 * 1024 * 1024:
203                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_4MB;
204                         break;
205                 };
206                 hp->tsb_base = tsb_paddr;
207                 hp->resv = 0;
208         }
209 }
210
211 static kmem_cache_t *tsb_caches[8] __read_mostly;
212
213 static const char *tsb_cache_names[8] = {
214         "tsb_8KB",
215         "tsb_16KB",
216         "tsb_32KB",
217         "tsb_64KB",
218         "tsb_128KB",
219         "tsb_256KB",
220         "tsb_512KB",
221         "tsb_1MB",
222 };
223
224 void __init tsb_cache_init(void)
225 {
226         unsigned long i;
227
228         for (i = 0; i < 8; i++) {
229                 unsigned long size = 8192 << i;
230                 const char *name = tsb_cache_names[i];
231
232                 tsb_caches[i] = kmem_cache_create(name,
233                                                   size, size,
234                                                   SLAB_HWCACHE_ALIGN |
235                                                   SLAB_MUST_HWCACHE_ALIGN,
236                                                   NULL, NULL);
237                 if (!tsb_caches[i]) {
238                         prom_printf("Could not create %s cache\n", name);
239                         prom_halt();
240                 }
241         }
242 }
243
244 /* When the RSS of an address space exceeds mm->context.tsb_rss_limit,
245  * do_sparc64_fault() invokes this routine to try and grow the TSB.
246  *
247  * When we reach the maximum TSB size supported, we stick ~0UL into
248  * mm->context.tsb_rss_limit so the grow checks in update_mmu_cache()
249  * will not trigger any longer.
250  *
251  * The TSB can be anywhere from 8K to 1MB in size, in increasing powers
252  * of two.  The TSB must be aligned to it's size, so f.e. a 512K TSB
253  * must be 512K aligned.  It also must be physically contiguous, so we
254  * cannot use vmalloc().
255  *
256  * The idea here is to grow the TSB when the RSS of the process approaches
257  * the number of entries that the current TSB can hold at once.  Currently,
258  * we trigger when the RSS hits 3/4 of the TSB capacity.
259  */
260 void tsb_grow(struct mm_struct *mm, unsigned long rss)
261 {
262         unsigned long max_tsb_size = 1 * 1024 * 1024;
263         unsigned long new_size, old_size, flags;
264         struct tsb *old_tsb, *new_tsb;
265         unsigned long new_cache_index, old_cache_index;
266         unsigned long new_rss_limit;
267         gfp_t gfp_flags;
268
269         if (max_tsb_size > (PAGE_SIZE << MAX_ORDER))
270                 max_tsb_size = (PAGE_SIZE << MAX_ORDER);
271
272         new_cache_index = 0;
273         for (new_size = 8192; new_size < max_tsb_size; new_size <<= 1UL) {
274                 unsigned long n_entries = new_size / sizeof(struct tsb);
275
276                 n_entries = (n_entries * 3) / 4;
277                 if (n_entries > rss)
278                         break;
279
280                 new_cache_index++;
281         }
282
283         if (new_size == max_tsb_size)
284                 new_rss_limit = ~0UL;
285         else
286                 new_rss_limit = ((new_size / sizeof(struct tsb)) * 3) / 4;
287
288 retry_tsb_alloc:
289         gfp_flags = GFP_KERNEL;
290         if (new_size > (PAGE_SIZE * 2))
291                 gfp_flags = __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY;
292
293         new_tsb = kmem_cache_alloc(tsb_caches[new_cache_index], gfp_flags);
294         if (unlikely(!new_tsb)) {
295                 /* Not being able to fork due to a high-order TSB
296                  * allocation failure is very bad behavior.  Just back
297                  * down to a 0-order allocation and force no TSB
298                  * growing for this address space.
299                  */
300                 if (mm->context.tsb == NULL && new_cache_index > 0) {
301                         new_cache_index = 0;
302                         new_size = 8192;
303                         new_rss_limit = ~0UL;
304                         goto retry_tsb_alloc;
305                 }
306
307                 /* If we failed on a TSB grow, we are under serious
308                  * memory pressure so don't try to grow any more.
309                  */
310                 if (mm->context.tsb != NULL)
311                         mm->context.tsb_rss_limit = ~0UL;
312                 return;
313         }
314
315         /* Mark all tags as invalid.  */
316         memset(new_tsb, 0x40, new_size);
317
318         /* Ok, we are about to commit the changes.  If we are
319          * growing an existing TSB the locking is very tricky,
320          * so WATCH OUT!
321          *
322          * We have to hold mm->context.lock while committing to the
323          * new TSB, this synchronizes us with processors in
324          * flush_tsb_user() and switch_mm() for this address space.
325          *
326          * But even with that lock held, processors run asynchronously
327          * accessing the old TSB via TLB miss handling.  This is OK
328          * because those actions are just propagating state from the
329          * Linux page tables into the TSB, page table mappings are not
330          * being changed.  If a real fault occurs, the processor will
331          * synchronize with us when it hits flush_tsb_user(), this is
332          * also true for the case where vmscan is modifying the page
333          * tables.  The only thing we need to be careful with is to
334          * skip any locked TSB entries during copy_tsb().
335          *
336          * When we finish committing to the new TSB, we have to drop
337          * the lock and ask all other cpus running this address space
338          * to run tsb_context_switch() to see the new TSB table.
339          */
340         spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);
341
342         old_tsb = mm->context.tsb;
343         old_cache_index = (mm->context.tsb_reg_val & 0x7UL);
344         old_size = mm->context.tsb_nentries * sizeof(struct tsb);
345
346
347         /* Handle multiple threads trying to grow the TSB at the same time.
348          * One will get in here first, and bump the size and the RSS limit.
349          * The others will get in here next and hit this check.
350          */
351         if (unlikely(old_tsb && (rss < mm->context.tsb_rss_limit))) {
352                 spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
353
354                 kmem_cache_free(tsb_caches[new_cache_index], new_tsb);
355                 return;
356         }
357
358         mm->context.tsb_rss_limit = new_rss_limit;
359
360         if (old_tsb) {
361                 extern void copy_tsb(unsigned long old_tsb_base,
362                                      unsigned long old_tsb_size,
363                                      unsigned long new_tsb_base,
364                                      unsigned long new_tsb_size);
365                 unsigned long old_tsb_base = (unsigned long) old_tsb;
366                 unsigned long new_tsb_base = (unsigned long) new_tsb;
367
368                 if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
369                         old_tsb_base = __pa(old_tsb_base);
370                         new_tsb_base = __pa(new_tsb_base);
371                 }
372                 copy_tsb(old_tsb_base, old_size, new_tsb_base, new_size);
373         }
374
375         mm->context.tsb = new_tsb;
376         setup_tsb_params(mm, new_size);
377
378         spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
379
380         /* If old_tsb is NULL, we're being invoked for the first time
381          * from init_new_context().
382          */
383         if (old_tsb) {
384                 /* Reload it on the local cpu.  */
385                 tsb_context_switch(mm);
386
387                 /* Now force other processors to do the same.  */
388                 smp_tsb_sync(mm);
389
390                 /* Now it is safe to free the old tsb.  */
391                 kmem_cache_free(tsb_caches[old_cache_index], old_tsb);
392         }
393 }
394
395 int init_new_context(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)
396 {
397         spin_lock_init(&mm->context.lock);
398
399         mm->context.sparc64_ctx_val = 0UL;
400
401         /* copy_mm() copies over the parent's mm_struct before calling
402          * us, so we need to zero out the TSB pointer or else tsb_grow()
403          * will be confused and think there is an older TSB to free up.
404          */
405         mm->context.tsb = NULL;
406
407         /* If this is fork, inherit the parent's TSB size.  We would
408          * grow it to that size on the first page fault anyways.
409          */
410         tsb_grow(mm, get_mm_rss(mm));
411
412         if (unlikely(!mm->context.tsb))
413                 return -ENOMEM;
414
415         return 0;
416 }
417
418 void destroy_context(struct mm_struct *mm)
419 {
420         unsigned long flags, cache_index;
421
422         cache_index = (mm->context.tsb_reg_val & 0x7UL);
423         kmem_cache_free(tsb_caches[cache_index], mm->context.tsb);
424
425         /* We can remove these later, but for now it's useful
426          * to catch any bogus post-destroy_context() references
427          * to the TSB.
428          */
429         mm->context.tsb = NULL;
430         mm->context.tsb_reg_val = 0UL;
431
432         spin_lock_irqsave(&ctx_alloc_lock, flags);
433
434         if (CTX_VALID(mm->context)) {
435                 unsigned long nr = CTX_NRBITS(mm->context);
436                 mmu_context_bmap[nr>>6] &= ~(1UL << (nr & 63));
437         }
438
439         spin_unlock_irqrestore(&ctx_alloc_lock, flags);
440 }