[PATCH] sparsemem memory model
[linux-2.6.git] / include / asm-i386 / pgtable.h
1 #ifndef _I386_PGTABLE_H
2 #define _I386_PGTABLE_H
3
4 #include <linux/config.h>
5
6 /*
7  * The Linux memory management assumes a three-level page table setup. On
8  * the i386, we use that, but "fold" the mid level into the top-level page
9  * table, so that we physically have the same two-level page table as the
10  * i386 mmu expects.
11  *
12  * This file contains the functions and defines necessary to modify and use
13  * the i386 page table tree.
14  */
15 #ifndef __ASSEMBLY__
16 #include <asm/processor.h>
17 #include <asm/fixmap.h>
18 #include <linux/threads.h>
19
20 #ifndef _I386_BITOPS_H
21 #include <asm/bitops.h>
22 #endif
23
24 #include <linux/slab.h>
25 #include <linux/list.h>
26 #include <linux/spinlock.h>
27
28 /*
29  * ZERO_PAGE is a global shared page that is always zero: used
30  * for zero-mapped memory areas etc..
31  */
32 #define ZERO_PAGE(vaddr) (virt_to_page(empty_zero_page))
33 extern unsigned long empty_zero_page[1024];
34 extern pgd_t swapper_pg_dir[1024];
35 extern kmem_cache_t *pgd_cache;
36 extern kmem_cache_t *pmd_cache;
37 extern spinlock_t pgd_lock;
38 extern struct page *pgd_list;
39
40 void pmd_ctor(void *, kmem_cache_t *, unsigned long);
41 void pgd_ctor(void *, kmem_cache_t *, unsigned long);
42 void pgd_dtor(void *, kmem_cache_t *, unsigned long);
43 void pgtable_cache_init(void);
44 void paging_init(void);
45
46 /*
47  * The Linux x86 paging architecture is 'compile-time dual-mode', it
48  * implements both the traditional 2-level x86 page tables and the
49  * newer 3-level PAE-mode page tables.
50  */
51 #ifdef CONFIG_X86_PAE
52 # include <asm/pgtable-3level-defs.h>
53 # define PMD_SIZE       (1UL << PMD_SHIFT)
54 # define PMD_MASK       (~(PMD_SIZE-1))
55 #else
56 # include <asm/pgtable-2level-defs.h>
57 #endif
58
59 #define PGDIR_SIZE      (1UL << PGDIR_SHIFT)
60 #define PGDIR_MASK      (~(PGDIR_SIZE-1))
61
62 #define USER_PTRS_PER_PGD       (TASK_SIZE/PGDIR_SIZE)
63 #define FIRST_USER_ADDRESS      0
64
65 #define USER_PGD_PTRS (PAGE_OFFSET >> PGDIR_SHIFT)
66 #define KERNEL_PGD_PTRS (PTRS_PER_PGD-USER_PGD_PTRS)
67
68 #define TWOLEVEL_PGDIR_SHIFT    22
69 #define BOOT_USER_PGD_PTRS (__PAGE_OFFSET >> TWOLEVEL_PGDIR_SHIFT)
70 #define BOOT_KERNEL_PGD_PTRS (1024-BOOT_USER_PGD_PTRS)
71
72 /* Just any arbitrary offset to the start of the vmalloc VM area: the
73  * current 8MB value just means that there will be a 8MB "hole" after the
74  * physical memory until the kernel virtual memory starts.  That means that
75  * any out-of-bounds memory accesses will hopefully be caught.
76  * The vmalloc() routines leaves a hole of 4kB between each vmalloced
77  * area for the same reason. ;)
78  */
79 #define VMALLOC_OFFSET  (8*1024*1024)
80 #define VMALLOC_START   (((unsigned long) high_memory + vmalloc_earlyreserve + \
81                         2*VMALLOC_OFFSET-1) & ~(VMALLOC_OFFSET-1))
82 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
83 # define VMALLOC_END    (PKMAP_BASE-2*PAGE_SIZE)
84 #else
85 # define VMALLOC_END    (FIXADDR_START-2*PAGE_SIZE)
86 #endif
87
88 /*
89  * The 4MB page is guessing..  Detailed in the infamous "Chapter H"
90  * of the Pentium details, but assuming intel did the straightforward
91  * thing, this bit set in the page directory entry just means that
92  * the page directory entry points directly to a 4MB-aligned block of
93  * memory. 
94  */
95 #define _PAGE_BIT_PRESENT       0
96 #define _PAGE_BIT_RW            1
97 #define _PAGE_BIT_USER          2
98 #define _PAGE_BIT_PWT           3
99 #define _PAGE_BIT_PCD           4
100 #define _PAGE_BIT_ACCESSED      5
101 #define _PAGE_BIT_DIRTY         6
102 #define _PAGE_BIT_PSE           7       /* 4 MB (or 2MB) page, Pentium+, if present.. */
103 #define _PAGE_BIT_GLOBAL        8       /* Global TLB entry PPro+ */
104 #define _PAGE_BIT_UNUSED1       9       /* available for programmer */
105 #define _PAGE_BIT_UNUSED2       10
106 #define _PAGE_BIT_UNUSED3       11
107 #define _PAGE_BIT_NX            63
108
109 #define _PAGE_PRESENT   0x001
110 #define _PAGE_RW        0x002
111 #define _PAGE_USER      0x004
112 #define _PAGE_PWT       0x008
113 #define _PAGE_PCD       0x010
114 #define _PAGE_ACCESSED  0x020
115 #define _PAGE_DIRTY     0x040
116 #define _PAGE_PSE       0x080   /* 4 MB (or 2MB) page, Pentium+, if present.. */
117 #define _PAGE_GLOBAL    0x100   /* Global TLB entry PPro+ */
118 #define _PAGE_UNUSED1   0x200   /* available for programmer */
119 #define _PAGE_UNUSED2   0x400
120 #define _PAGE_UNUSED3   0x800
121
122 #define _PAGE_FILE      0x040   /* set:pagecache unset:swap */
123 #define _PAGE_PROTNONE  0x080   /* If not present */
124 #ifdef CONFIG_X86_PAE
125 #define _PAGE_NX        (1ULL<<_PAGE_BIT_NX)
126 #else
127 #define _PAGE_NX        0
128 #endif
129
130 #define _PAGE_TABLE     (_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW | _PAGE_USER | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_DIRTY)
131 #define _KERNPG_TABLE   (_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_DIRTY)
132 #define _PAGE_CHG_MASK  (PTE_MASK | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_DIRTY)
133
134 #define PAGE_NONE \
135         __pgprot(_PAGE_PROTNONE | _PAGE_ACCESSED)
136 #define PAGE_SHARED \
137         __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW | _PAGE_USER | _PAGE_ACCESSED)
138
139 #define PAGE_SHARED_EXEC \
140         __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW | _PAGE_USER | _PAGE_ACCESSED)
141 #define PAGE_COPY_NOEXEC \
142         __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_NX)
143 #define PAGE_COPY_EXEC \
144         __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_ACCESSED)
145 #define PAGE_COPY \
146         PAGE_COPY_NOEXEC
147 #define PAGE_READONLY \
148         __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_NX)
149 #define PAGE_READONLY_EXEC \
150         __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_USER | _PAGE_ACCESSED)
151
152 #define _PAGE_KERNEL \
153         (_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW | _PAGE_DIRTY | _PAGE_ACCESSED | _PAGE_NX)
154 #define _PAGE_KERNEL_EXEC \
155         (_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW | _PAGE_DIRTY | _PAGE_ACCESSED)
156
157 extern unsigned long long __PAGE_KERNEL, __PAGE_KERNEL_EXEC;
158 #define __PAGE_KERNEL_RO                (__PAGE_KERNEL & ~_PAGE_RW)
159 #define __PAGE_KERNEL_NOCACHE           (__PAGE_KERNEL | _PAGE_PCD)
160 #define __PAGE_KERNEL_LARGE             (__PAGE_KERNEL | _PAGE_PSE)
161 #define __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC        (__PAGE_KERNEL_EXEC | _PAGE_PSE)
162
163 #define PAGE_KERNEL             __pgprot(__PAGE_KERNEL)
164 #define PAGE_KERNEL_RO          __pgprot(__PAGE_KERNEL_RO)
165 #define PAGE_KERNEL_EXEC        __pgprot(__PAGE_KERNEL_EXEC)
166 #define PAGE_KERNEL_NOCACHE     __pgprot(__PAGE_KERNEL_NOCACHE)
167 #define PAGE_KERNEL_LARGE       __pgprot(__PAGE_KERNEL_LARGE)
168 #define PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC  __pgprot(__PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC)
169
170 /*
171  * The i386 can't do page protection for execute, and considers that
172  * the same are read. Also, write permissions imply read permissions.
173  * This is the closest we can get..
174  */
175 #define __P000  PAGE_NONE
176 #define __P001  PAGE_READONLY
177 #define __P010  PAGE_COPY
178 #define __P011  PAGE_COPY
179 #define __P100  PAGE_READONLY_EXEC
180 #define __P101  PAGE_READONLY_EXEC
181 #define __P110  PAGE_COPY_EXEC
182 #define __P111  PAGE_COPY_EXEC
183
184 #define __S000  PAGE_NONE
185 #define __S001  PAGE_READONLY
186 #define __S010  PAGE_SHARED
187 #define __S011  PAGE_SHARED
188 #define __S100  PAGE_READONLY_EXEC
189 #define __S101  PAGE_READONLY_EXEC
190 #define __S110  PAGE_SHARED_EXEC
191 #define __S111  PAGE_SHARED_EXEC
192
193 /*
194  * Define this if things work differently on an i386 and an i486:
195  * it will (on an i486) warn about kernel memory accesses that are
196  * done without a 'access_ok(VERIFY_WRITE,..)'
197  */
198 #undef TEST_ACCESS_OK
199
200 /* The boot page tables (all created as a single array) */
201 extern unsigned long pg0[];
202
203 #define pte_present(x)  ((x).pte_low & (_PAGE_PRESENT | _PAGE_PROTNONE))
204 #define pte_clear(mm,addr,xp)   do { set_pte_at(mm, addr, xp, __pte(0)); } while (0)
205
206 #define pmd_none(x)     (!pmd_val(x))
207 #define pmd_present(x)  (pmd_val(x) & _PAGE_PRESENT)
208 #define pmd_clear(xp)   do { set_pmd(xp, __pmd(0)); } while (0)
209 #define pmd_bad(x)      ((pmd_val(x) & (~PAGE_MASK & ~_PAGE_USER)) != _KERNPG_TABLE)
210
211
212 #define pages_to_mb(x) ((x) >> (20-PAGE_SHIFT))
213
214 /*
215  * The following only work if pte_present() is true.
216  * Undefined behaviour if not..
217  */
218 static inline int pte_user(pte_t pte)           { return (pte).pte_low & _PAGE_USER; }
219 static inline int pte_read(pte_t pte)           { return (pte).pte_low & _PAGE_USER; }
220 static inline int pte_dirty(pte_t pte)          { return (pte).pte_low & _PAGE_DIRTY; }
221 static inline int pte_young(pte_t pte)          { return (pte).pte_low & _PAGE_ACCESSED; }
222 static inline int pte_write(pte_t pte)          { return (pte).pte_low & _PAGE_RW; }
223
224 /*
225  * The following only works if pte_present() is not true.
226  */
227 static inline int pte_file(pte_t pte)           { return (pte).pte_low & _PAGE_FILE; }
228
229 static inline pte_t pte_rdprotect(pte_t pte)    { (pte).pte_low &= ~_PAGE_USER; return pte; }
230 static inline pte_t pte_exprotect(pte_t pte)    { (pte).pte_low &= ~_PAGE_USER; return pte; }
231 static inline pte_t pte_mkclean(pte_t pte)      { (pte).pte_low &= ~_PAGE_DIRTY; return pte; }
232 static inline pte_t pte_mkold(pte_t pte)        { (pte).pte_low &= ~_PAGE_ACCESSED; return pte; }
233 static inline pte_t pte_wrprotect(pte_t pte)    { (pte).pte_low &= ~_PAGE_RW; return pte; }
234 static inline pte_t pte_mkread(pte_t pte)       { (pte).pte_low |= _PAGE_USER; return pte; }
235 static inline pte_t pte_mkexec(pte_t pte)       { (pte).pte_low |= _PAGE_USER; return pte; }
236 static inline pte_t pte_mkdirty(pte_t pte)      { (pte).pte_low |= _PAGE_DIRTY; return pte; }
237 static inline pte_t pte_mkyoung(pte_t pte)      { (pte).pte_low |= _PAGE_ACCESSED; return pte; }
238 static inline pte_t pte_mkwrite(pte_t pte)      { (pte).pte_low |= _PAGE_RW; return pte; }
239 static inline pte_t pte_mkhuge(pte_t pte)       { (pte).pte_low |= _PAGE_PRESENT | _PAGE_PSE; return pte; }
240
241 #ifdef CONFIG_X86_PAE
242 # include <asm/pgtable-3level.h>
243 #else
244 # include <asm/pgtable-2level.h>
245 #endif
246
247 static inline int ptep_test_and_clear_dirty(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, pte_t *ptep)
248 {
249         if (!pte_dirty(*ptep))
250                 return 0;
251         return test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_DIRTY, &ptep->pte_low);
252 }
253
254 static inline int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, pte_t *ptep)
255 {
256         if (!pte_young(*ptep))
257                 return 0;
258         return test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED, &ptep->pte_low);
259 }
260
261 static inline void ptep_set_wrprotect(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
262 {
263         clear_bit(_PAGE_BIT_RW, &ptep->pte_low);
264 }
265
266 /*
267  * Macro to mark a page protection value as "uncacheable".  On processors which do not support
268  * it, this is a no-op.
269  */
270 #define pgprot_noncached(prot)  ((boot_cpu_data.x86 > 3)                                          \
271                                  ? (__pgprot(pgprot_val(prot) | _PAGE_PCD | _PAGE_PWT)) : (prot))
272
273 /*
274  * Conversion functions: convert a page and protection to a page entry,
275  * and a page entry and page directory to the page they refer to.
276  */
277
278 #define mk_pte(page, pgprot)    pfn_pte(page_to_pfn(page), (pgprot))
279
280 static inline pte_t pte_modify(pte_t pte, pgprot_t newprot)
281 {
282         pte.pte_low &= _PAGE_CHG_MASK;
283         pte.pte_low |= pgprot_val(newprot);
284 #ifdef CONFIG_X86_PAE
285         /*
286          * Chop off the NX bit (if present), and add the NX portion of
287          * the newprot (if present):
288          */
289         pte.pte_high &= ~(1 << (_PAGE_BIT_NX - 32));
290         pte.pte_high |= (pgprot_val(newprot) >> 32) & \
291                                         (__supported_pte_mask >> 32);
292 #endif
293         return pte;
294 }
295
296 #define page_pte(page) page_pte_prot(page, __pgprot(0))
297
298 #define pmd_large(pmd) \
299 ((pmd_val(pmd) & (_PAGE_PSE|_PAGE_PRESENT)) == (_PAGE_PSE|_PAGE_PRESENT))
300
301 /*
302  * the pgd page can be thought of an array like this: pgd_t[PTRS_PER_PGD]
303  *
304  * this macro returns the index of the entry in the pgd page which would
305  * control the given virtual address
306  */
307 #define pgd_index(address) (((address) >> PGDIR_SHIFT) & (PTRS_PER_PGD-1))
308 #define pgd_index_k(addr) pgd_index(addr)
309
310 /*
311  * pgd_offset() returns a (pgd_t *)
312  * pgd_index() is used get the offset into the pgd page's array of pgd_t's;
313  */
314 #define pgd_offset(mm, address) ((mm)->pgd+pgd_index(address))
315
316 /*
317  * a shortcut which implies the use of the kernel's pgd, instead
318  * of a process's
319  */
320 #define pgd_offset_k(address) pgd_offset(&init_mm, address)
321
322 /*
323  * the pmd page can be thought of an array like this: pmd_t[PTRS_PER_PMD]
324  *
325  * this macro returns the index of the entry in the pmd page which would
326  * control the given virtual address
327  */
328 #define pmd_index(address) \
329                 (((address) >> PMD_SHIFT) & (PTRS_PER_PMD-1))
330
331 /*
332  * the pte page can be thought of an array like this: pte_t[PTRS_PER_PTE]
333  *
334  * this macro returns the index of the entry in the pte page which would
335  * control the given virtual address
336  */
337 #define pte_index(address) \
338                 (((address) >> PAGE_SHIFT) & (PTRS_PER_PTE - 1))
339 #define pte_offset_kernel(dir, address) \
340         ((pte_t *) pmd_page_kernel(*(dir)) +  pte_index(address))
341
342 /*
343  * Helper function that returns the kernel pagetable entry controlling
344  * the virtual address 'address'. NULL means no pagetable entry present.
345  * NOTE: the return type is pte_t but if the pmd is PSE then we return it
346  * as a pte too.
347  */
348 extern pte_t *lookup_address(unsigned long address);
349
350 /*
351  * Make a given kernel text page executable/non-executable.
352  * Returns the previous executability setting of that page (which
353  * is used to restore the previous state). Used by the SMP bootup code.
354  * NOTE: this is an __init function for security reasons.
355  */
356 #ifdef CONFIG_X86_PAE
357  extern int set_kernel_exec(unsigned long vaddr, int enable);
358 #else
359  static inline int set_kernel_exec(unsigned long vaddr, int enable) { return 0;}
360 #endif
361
362 extern void noexec_setup(const char *str);
363
364 #if defined(CONFIG_HIGHPTE)
365 #define pte_offset_map(dir, address) \
366         ((pte_t *)kmap_atomic(pmd_page(*(dir)),KM_PTE0) + pte_index(address))
367 #define pte_offset_map_nested(dir, address) \
368         ((pte_t *)kmap_atomic(pmd_page(*(dir)),KM_PTE1) + pte_index(address))
369 #define pte_unmap(pte) kunmap_atomic(pte, KM_PTE0)
370 #define pte_unmap_nested(pte) kunmap_atomic(pte, KM_PTE1)
371 #else
372 #define pte_offset_map(dir, address) \
373         ((pte_t *)page_address(pmd_page(*(dir))) + pte_index(address))
374 #define pte_offset_map_nested(dir, address) pte_offset_map(dir, address)
375 #define pte_unmap(pte) do { } while (0)
376 #define pte_unmap_nested(pte) do { } while (0)
377 #endif
378
379 /*
380  * The i386 doesn't have any external MMU info: the kernel page
381  * tables contain all the necessary information.
382  *
383  * Also, we only update the dirty/accessed state if we set
384  * the dirty bit by hand in the kernel, since the hardware
385  * will do the accessed bit for us, and we don't want to
386  * race with other CPU's that might be updating the dirty
387  * bit at the same time.
388  */
389 #define update_mmu_cache(vma,address,pte) do { } while (0)
390 #define  __HAVE_ARCH_PTEP_SET_ACCESS_FLAGS
391 #define ptep_set_access_flags(__vma, __address, __ptep, __entry, __dirty) \
392         do {                                                              \
393                 if (__dirty) {                                            \
394                         (__ptep)->pte_low = (__entry).pte_low;            \
395                         flush_tlb_page(__vma, __address);                 \
396                 }                                                         \
397         } while (0)
398
399 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
400
401 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
402 #define kern_addr_valid(addr)   (1)
403 #endif /* !CONFIG_DISCONTIGMEM */
404
405 #define io_remap_page_range(vma, vaddr, paddr, size, prot)              \
406                 remap_pfn_range(vma, vaddr, (paddr) >> PAGE_SHIFT, size, prot)
407
408 #define io_remap_pfn_range(vma, vaddr, pfn, size, prot)         \
409                 remap_pfn_range(vma, vaddr, pfn, size, prot)
410
411 #define MK_IOSPACE_PFN(space, pfn)      (pfn)
412 #define GET_IOSPACE(pfn)                0
413 #define GET_PFN(pfn)                    (pfn)
414
415 #define __HAVE_ARCH_PTEP_TEST_AND_CLEAR_YOUNG
416 #define __HAVE_ARCH_PTEP_TEST_AND_CLEAR_DIRTY
417 #define __HAVE_ARCH_PTEP_GET_AND_CLEAR
418 #define __HAVE_ARCH_PTEP_SET_WRPROTECT
419 #define __HAVE_ARCH_PTE_SAME
420 #include <asm-generic/pgtable.h>
421
422 #endif /* _I386_PGTABLE_H */