mm: remove double indirection on tlb parameter to free_pgd_range() & Co
[linux-2.6.git] / arch / powerpc / mm / hugetlbpage.c
1 /*
2  * PPC64 (POWER4) Huge TLB Page Support for Kernel.
3  *
4  * Copyright (C) 2003 David Gibson, IBM Corporation.
5  *
6  * Based on the IA-32 version:
7  * Copyright (C) 2002, Rohit Seth <rohit.seth@intel.com>
8  */
9
10 #include <linux/init.h>
11 #include <linux/fs.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/hugetlb.h>
14 #include <linux/pagemap.h>
15 #include <linux/slab.h>
16 #include <linux/err.h>
17 #include <linux/sysctl.h>
18 #include <asm/mman.h>
19 #include <asm/pgalloc.h>
20 #include <asm/tlb.h>
21 #include <asm/tlbflush.h>
22 #include <asm/mmu_context.h>
23 #include <asm/machdep.h>
24 #include <asm/cputable.h>
25 #include <asm/spu.h>
26
27 #define HPAGE_SHIFT_64K 16
28 #define HPAGE_SHIFT_16M 24
29
30 #define NUM_LOW_AREAS   (0x100000000UL >> SID_SHIFT)
31 #define NUM_HIGH_AREAS  (PGTABLE_RANGE >> HTLB_AREA_SHIFT)
32
33 unsigned int hugepte_shift;
34 #define PTRS_PER_HUGEPTE        (1 << hugepte_shift)
35 #define HUGEPTE_TABLE_SIZE      (sizeof(pte_t) << hugepte_shift)
36
37 #define HUGEPD_SHIFT            (HPAGE_SHIFT + hugepte_shift)
38 #define HUGEPD_SIZE             (1UL << HUGEPD_SHIFT)
39 #define HUGEPD_MASK             (~(HUGEPD_SIZE-1))
40
41 #define huge_pgtable_cache      (pgtable_cache[HUGEPTE_CACHE_NUM])
42
43 /* Flag to mark huge PD pointers.  This means pmd_bad() and pud_bad()
44  * will choke on pointers to hugepte tables, which is handy for
45  * catching screwups early. */
46 #define HUGEPD_OK       0x1
47
48 typedef struct { unsigned long pd; } hugepd_t;
49
50 #define hugepd_none(hpd)        ((hpd).pd == 0)
51
52 static inline pte_t *hugepd_page(hugepd_t hpd)
53 {
54         BUG_ON(!(hpd.pd & HUGEPD_OK));
55         return (pte_t *)(hpd.pd & ~HUGEPD_OK);
56 }
57
58 static inline pte_t *hugepte_offset(hugepd_t *hpdp, unsigned long addr)
59 {
60         unsigned long idx = ((addr >> HPAGE_SHIFT) & (PTRS_PER_HUGEPTE-1));
61         pte_t *dir = hugepd_page(*hpdp);
62
63         return dir + idx;
64 }
65
66 static int __hugepte_alloc(struct mm_struct *mm, hugepd_t *hpdp,
67                            unsigned long address)
68 {
69         pte_t *new = kmem_cache_alloc(huge_pgtable_cache,
70                                       GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
71
72         if (! new)
73                 return -ENOMEM;
74
75         spin_lock(&mm->page_table_lock);
76         if (!hugepd_none(*hpdp))
77                 kmem_cache_free(huge_pgtable_cache, new);
78         else
79                 hpdp->pd = (unsigned long)new | HUGEPD_OK;
80         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
81         return 0;
82 }
83
84 /* Base page size affects how we walk hugetlb page tables */
85 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
86 #define hpmd_offset(pud, addr)          pmd_offset(pud, addr)
87 #define hpmd_alloc(mm, pud, addr)       pmd_alloc(mm, pud, addr)
88 #else
89 static inline
90 pmd_t *hpmd_offset(pud_t *pud, unsigned long addr)
91 {
92         if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K)
93                 return pmd_offset(pud, addr);
94         else
95                 return (pmd_t *) pud;
96 }
97 static inline
98 pmd_t *hpmd_alloc(struct mm_struct *mm, pud_t *pud, unsigned long addr)
99 {
100         if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K)
101                 return pmd_alloc(mm, pud, addr);
102         else
103                 return (pmd_t *) pud;
104 }
105 #endif
106
107 /* Modelled after find_linux_pte() */
108 pte_t *huge_pte_offset(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
109 {
110         pgd_t *pg;
111         pud_t *pu;
112         pmd_t *pm;
113
114         BUG_ON(get_slice_psize(mm, addr) != mmu_huge_psize);
115
116         addr &= HPAGE_MASK;
117
118         pg = pgd_offset(mm, addr);
119         if (!pgd_none(*pg)) {
120                 pu = pud_offset(pg, addr);
121                 if (!pud_none(*pu)) {
122                         pm = hpmd_offset(pu, addr);
123                         if (!pmd_none(*pm))
124                                 return hugepte_offset((hugepd_t *)pm, addr);
125                 }
126         }
127
128         return NULL;
129 }
130
131 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
132 {
133         pgd_t *pg;
134         pud_t *pu;
135         pmd_t *pm;
136         hugepd_t *hpdp = NULL;
137
138         BUG_ON(get_slice_psize(mm, addr) != mmu_huge_psize);
139
140         addr &= HPAGE_MASK;
141
142         pg = pgd_offset(mm, addr);
143         pu = pud_alloc(mm, pg, addr);
144
145         if (pu) {
146                 pm = hpmd_alloc(mm, pu, addr);
147                 if (pm)
148                         hpdp = (hugepd_t *)pm;
149         }
150
151         if (! hpdp)
152                 return NULL;
153
154         if (hugepd_none(*hpdp) && __hugepte_alloc(mm, hpdp, addr))
155                 return NULL;
156
157         return hugepte_offset(hpdp, addr);
158 }
159
160 int huge_pmd_unshare(struct mm_struct *mm, unsigned long *addr, pte_t *ptep)
161 {
162         return 0;
163 }
164
165 static void free_hugepte_range(struct mmu_gather *tlb, hugepd_t *hpdp)
166 {
167         pte_t *hugepte = hugepd_page(*hpdp);
168
169         hpdp->pd = 0;
170         tlb->need_flush = 1;
171         pgtable_free_tlb(tlb, pgtable_free_cache(hugepte, HUGEPTE_CACHE_NUM,
172                                                  PGF_CACHENUM_MASK));
173 }
174
175 static void hugetlb_free_pmd_range(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud,
176                                    unsigned long addr, unsigned long end,
177                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
178 {
179         pmd_t *pmd;
180         unsigned long next;
181         unsigned long start;
182
183         start = addr;
184         pmd = pmd_offset(pud, addr);
185         do {
186                 next = pmd_addr_end(addr, end);
187                 if (pmd_none(*pmd))
188                         continue;
189                 free_hugepte_range(tlb, (hugepd_t *)pmd);
190         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
191
192         start &= PUD_MASK;
193         if (start < floor)
194                 return;
195         if (ceiling) {
196                 ceiling &= PUD_MASK;
197                 if (!ceiling)
198                         return;
199         }
200         if (end - 1 > ceiling - 1)
201                 return;
202
203         pmd = pmd_offset(pud, start);
204         pud_clear(pud);
205         pmd_free_tlb(tlb, pmd);
206 }
207
208 static void hugetlb_free_pud_range(struct mmu_gather *tlb, pgd_t *pgd,
209                                    unsigned long addr, unsigned long end,
210                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
211 {
212         pud_t *pud;
213         unsigned long next;
214         unsigned long start;
215
216         start = addr;
217         pud = pud_offset(pgd, addr);
218         do {
219                 next = pud_addr_end(addr, end);
220 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
221                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
222                         continue;
223                 hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor, ceiling);
224 #else
225                 if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K) {
226                         if (pud_none_or_clear_bad(pud))
227                                 continue;
228                         hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor, ceiling);
229                 } else {
230                         if (pud_none(*pud))
231                                 continue;
232                         free_hugepte_range(tlb, (hugepd_t *)pud);
233                 }
234 #endif
235         } while (pud++, addr = next, addr != end);
236
237         start &= PGDIR_MASK;
238         if (start < floor)
239                 return;
240         if (ceiling) {
241                 ceiling &= PGDIR_MASK;
242                 if (!ceiling)
243                         return;
244         }
245         if (end - 1 > ceiling - 1)
246                 return;
247
248         pud = pud_offset(pgd, start);
249         pgd_clear(pgd);
250         pud_free_tlb(tlb, pud);
251 }
252
253 /*
254  * This function frees user-level page tables of a process.
255  *
256  * Must be called with pagetable lock held.
257  */
258 void hugetlb_free_pgd_range(struct mmu_gather *tlb,
259                             unsigned long addr, unsigned long end,
260                             unsigned long floor, unsigned long ceiling)
261 {
262         pgd_t *pgd;
263         unsigned long next;
264         unsigned long start;
265
266         /*
267          * Comments below take from the normal free_pgd_range().  They
268          * apply here too.  The tests against HUGEPD_MASK below are
269          * essential, because we *don't* test for this at the bottom
270          * level.  Without them we'll attempt to free a hugepte table
271          * when we unmap just part of it, even if there are other
272          * active mappings using it.
273          *
274          * The next few lines have given us lots of grief...
275          *
276          * Why are we testing HUGEPD* at this top level?  Because
277          * often there will be no work to do at all, and we'd prefer
278          * not to go all the way down to the bottom just to discover
279          * that.
280          *
281          * Why all these "- 1"s?  Because 0 represents both the bottom
282          * of the address space and the top of it (using -1 for the
283          * top wouldn't help much: the masks would do the wrong thing).
284          * The rule is that addr 0 and floor 0 refer to the bottom of
285          * the address space, but end 0 and ceiling 0 refer to the top
286          * Comparisons need to use "end - 1" and "ceiling - 1" (though
287          * that end 0 case should be mythical).
288          *
289          * Wherever addr is brought up or ceiling brought down, we
290          * must be careful to reject "the opposite 0" before it
291          * confuses the subsequent tests.  But what about where end is
292          * brought down by HUGEPD_SIZE below? no, end can't go down to
293          * 0 there.
294          *
295          * Whereas we round start (addr) and ceiling down, by different
296          * masks at different levels, in order to test whether a table
297          * now has no other vmas using it, so can be freed, we don't
298          * bother to round floor or end up - the tests don't need that.
299          */
300
301         addr &= HUGEPD_MASK;
302         if (addr < floor) {
303                 addr += HUGEPD_SIZE;
304                 if (!addr)
305                         return;
306         }
307         if (ceiling) {
308                 ceiling &= HUGEPD_MASK;
309                 if (!ceiling)
310                         return;
311         }
312         if (end - 1 > ceiling - 1)
313                 end -= HUGEPD_SIZE;
314         if (addr > end - 1)
315                 return;
316
317         start = addr;
318         pgd = pgd_offset(tlb->mm, addr);
319         do {
320                 BUG_ON(get_slice_psize(tlb->mm, addr) != mmu_huge_psize);
321                 next = pgd_addr_end(addr, end);
322                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
323                         continue;
324                 hugetlb_free_pud_range(tlb, pgd, addr, next, floor, ceiling);
325         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
326 }
327
328 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
329                      pte_t *ptep, pte_t pte)
330 {
331         if (pte_present(*ptep)) {
332                 /* We open-code pte_clear because we need to pass the right
333                  * argument to hpte_need_flush (huge / !huge). Might not be
334                  * necessary anymore if we make hpte_need_flush() get the
335                  * page size from the slices
336                  */
337                 pte_update(mm, addr & HPAGE_MASK, ptep, ~0UL, 1);
338         }
339         *ptep = __pte(pte_val(pte) & ~_PAGE_HPTEFLAGS);
340 }
341
342 pte_t huge_ptep_get_and_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
343                               pte_t *ptep)
344 {
345         unsigned long old = pte_update(mm, addr, ptep, ~0UL, 1);
346         return __pte(old);
347 }
348
349 struct page *
350 follow_huge_addr(struct mm_struct *mm, unsigned long address, int write)
351 {
352         pte_t *ptep;
353         struct page *page;
354
355         if (get_slice_psize(mm, address) != mmu_huge_psize)
356                 return ERR_PTR(-EINVAL);
357
358         ptep = huge_pte_offset(mm, address);
359         page = pte_page(*ptep);
360         if (page)
361                 page += (address % HPAGE_SIZE) / PAGE_SIZE;
362
363         return page;
364 }
365
366 int pmd_huge(pmd_t pmd)
367 {
368         return 0;
369 }
370
371 struct page *
372 follow_huge_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
373                 pmd_t *pmd, int write)
374 {
375         BUG();
376         return NULL;
377 }
378
379
380 unsigned long hugetlb_get_unmapped_area(struct file *file, unsigned long addr,
381                                         unsigned long len, unsigned long pgoff,
382                                         unsigned long flags)
383 {
384         return slice_get_unmapped_area(addr, len, flags,
385                                        mmu_huge_psize, 1, 0);
386 }
387
388 /*
389  * Called by asm hashtable.S for doing lazy icache flush
390  */
391 static unsigned int hash_huge_page_do_lazy_icache(unsigned long rflags,
392                                                   pte_t pte, int trap)
393 {
394         struct page *page;
395         int i;
396
397         if (!pfn_valid(pte_pfn(pte)))
398                 return rflags;
399
400         page = pte_page(pte);
401
402         /* page is dirty */
403         if (!test_bit(PG_arch_1, &page->flags) && !PageReserved(page)) {
404                 if (trap == 0x400) {
405                         for (i = 0; i < (HPAGE_SIZE / PAGE_SIZE); i++)
406                                 __flush_dcache_icache(page_address(page+i));
407                         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);
408                 } else {
409                         rflags |= HPTE_R_N;
410                 }
411         }
412         return rflags;
413 }
414
415 int hash_huge_page(struct mm_struct *mm, unsigned long access,
416                    unsigned long ea, unsigned long vsid, int local,
417                    unsigned long trap)
418 {
419         pte_t *ptep;
420         unsigned long old_pte, new_pte;
421         unsigned long va, rflags, pa;
422         long slot;
423         int err = 1;
424         int ssize = user_segment_size(ea);
425
426         ptep = huge_pte_offset(mm, ea);
427
428         /* Search the Linux page table for a match with va */
429         va = hpt_va(ea, vsid, ssize);
430
431         /*
432          * If no pte found or not present, send the problem up to
433          * do_page_fault
434          */
435         if (unlikely(!ptep || pte_none(*ptep)))
436                 goto out;
437
438         /* 
439          * Check the user's access rights to the page.  If access should be
440          * prevented then send the problem up to do_page_fault.
441          */
442         if (unlikely(access & ~pte_val(*ptep)))
443                 goto out;
444         /*
445          * At this point, we have a pte (old_pte) which can be used to build
446          * or update an HPTE. There are 2 cases:
447          *
448          * 1. There is a valid (present) pte with no associated HPTE (this is 
449          *      the most common case)
450          * 2. There is a valid (present) pte with an associated HPTE. The
451          *      current values of the pp bits in the HPTE prevent access
452          *      because we are doing software DIRTY bit management and the
453          *      page is currently not DIRTY. 
454          */
455
456
457         do {
458                 old_pte = pte_val(*ptep);
459                 if (old_pte & _PAGE_BUSY)
460                         goto out;
461                 new_pte = old_pte | _PAGE_BUSY | _PAGE_ACCESSED;
462         } while(old_pte != __cmpxchg_u64((unsigned long *)ptep,
463                                          old_pte, new_pte));
464
465         rflags = 0x2 | (!(new_pte & _PAGE_RW));
466         /* _PAGE_EXEC -> HW_NO_EXEC since it's inverted */
467         rflags |= ((new_pte & _PAGE_EXEC) ? 0 : HPTE_R_N);
468         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
469                 /* No CPU has hugepages but lacks no execute, so we
470                  * don't need to worry about that case */
471                 rflags = hash_huge_page_do_lazy_icache(rflags, __pte(old_pte),
472                                                        trap);
473
474         /* Check if pte already has an hpte (case 2) */
475         if (unlikely(old_pte & _PAGE_HASHPTE)) {
476                 /* There MIGHT be an HPTE for this pte */
477                 unsigned long hash, slot;
478
479                 hash = hpt_hash(va, HPAGE_SHIFT, ssize);
480                 if (old_pte & _PAGE_F_SECOND)
481                         hash = ~hash;
482                 slot = (hash & htab_hash_mask) * HPTES_PER_GROUP;
483                 slot += (old_pte & _PAGE_F_GIX) >> 12;
484
485                 if (ppc_md.hpte_updatepp(slot, rflags, va, mmu_huge_psize,
486                                          ssize, local) == -1)
487                         old_pte &= ~_PAGE_HPTEFLAGS;
488         }
489
490         if (likely(!(old_pte & _PAGE_HASHPTE))) {
491                 unsigned long hash = hpt_hash(va, HPAGE_SHIFT, ssize);
492                 unsigned long hpte_group;
493
494                 pa = pte_pfn(__pte(old_pte)) << PAGE_SHIFT;
495
496 repeat:
497                 hpte_group = ((hash & htab_hash_mask) *
498                               HPTES_PER_GROUP) & ~0x7UL;
499
500                 /* clear HPTE slot informations in new PTE */
501 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
502                 new_pte = (new_pte & ~_PAGE_HPTEFLAGS) | _PAGE_HPTE_SUB0;
503 #else
504                 new_pte = (new_pte & ~_PAGE_HPTEFLAGS) | _PAGE_HASHPTE;
505 #endif
506                 /* Add in WIMG bits */
507                 rflags |= (new_pte & (_PAGE_WRITETHRU | _PAGE_NO_CACHE |
508                                       _PAGE_COHERENT | _PAGE_GUARDED));
509
510                 /* Insert into the hash table, primary slot */
511                 slot = ppc_md.hpte_insert(hpte_group, va, pa, rflags, 0,
512                                           mmu_huge_psize, ssize);
513
514                 /* Primary is full, try the secondary */
515                 if (unlikely(slot == -1)) {
516                         hpte_group = ((~hash & htab_hash_mask) *
517                                       HPTES_PER_GROUP) & ~0x7UL; 
518                         slot = ppc_md.hpte_insert(hpte_group, va, pa, rflags,
519                                                   HPTE_V_SECONDARY,
520                                                   mmu_huge_psize, ssize);
521                         if (slot == -1) {
522                                 if (mftb() & 0x1)
523                                         hpte_group = ((hash & htab_hash_mask) *
524                                                       HPTES_PER_GROUP)&~0x7UL;
525
526                                 ppc_md.hpte_remove(hpte_group);
527                                 goto repeat;
528                         }
529                 }
530
531                 if (unlikely(slot == -2))
532                         panic("hash_huge_page: pte_insert failed\n");
533
534                 new_pte |= (slot << 12) & (_PAGE_F_SECOND | _PAGE_F_GIX);
535         }
536
537         /*
538          * No need to use ldarx/stdcx here
539          */
540         *ptep = __pte(new_pte & ~_PAGE_BUSY);
541
542         err = 0;
543
544  out:
545         return err;
546 }
547
548 void set_huge_psize(int psize)
549 {
550         /* Check that it is a page size supported by the hardware and
551          * that it fits within pagetable limits. */
552         if (mmu_psize_defs[psize].shift && mmu_psize_defs[psize].shift < SID_SHIFT &&
553                 (mmu_psize_defs[psize].shift > MIN_HUGEPTE_SHIFT ||
554                         mmu_psize_defs[psize].shift == HPAGE_SHIFT_64K)) {
555                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[psize].shift;
556                 mmu_huge_psize = psize;
557 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
558                 hugepte_shift = (PMD_SHIFT-HPAGE_SHIFT);
559 #else
560                 if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K)
561                         hugepte_shift = (PMD_SHIFT-HPAGE_SHIFT);
562                 else
563                         hugepte_shift = (PUD_SHIFT-HPAGE_SHIFT);
564 #endif
565
566         } else
567                 HPAGE_SHIFT = 0;
568 }
569
570 static int __init hugepage_setup_sz(char *str)
571 {
572         unsigned long long size;
573         int mmu_psize = -1;
574         int shift;
575
576         size = memparse(str, &str);
577
578         shift = __ffs(size);
579         switch (shift) {
580 #ifndef CONFIG_PPC_64K_PAGES
581         case HPAGE_SHIFT_64K:
582                 mmu_psize = MMU_PAGE_64K;
583                 break;
584 #endif
585         case HPAGE_SHIFT_16M:
586                 mmu_psize = MMU_PAGE_16M;
587                 break;
588         }
589
590         if (mmu_psize >=0 && mmu_psize_defs[mmu_psize].shift)
591                 set_huge_psize(mmu_psize);
592         else
593                 printk(KERN_WARNING "Invalid huge page size specified(%llu)\n", size);
594
595         return 1;
596 }
597 __setup("hugepagesz=", hugepage_setup_sz);
598
599 static void zero_ctor(struct kmem_cache *cache, void *addr)
600 {
601         memset(addr, 0, kmem_cache_size(cache));
602 }
603
604 static int __init hugetlbpage_init(void)
605 {
606         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_16M_PAGE))
607                 return -ENODEV;
608
609         huge_pgtable_cache = kmem_cache_create("hugepte_cache",
610                                                HUGEPTE_TABLE_SIZE,
611                                                HUGEPTE_TABLE_SIZE,
612                                                0,
613                                                zero_ctor);
614         if (! huge_pgtable_cache)
615                 panic("hugetlbpage_init(): could not create hugepte cache\n");
616
617         return 0;
618 }
619
620 module_init(hugetlbpage_init);