Linux-2.6.12-rc2
[linux-2.6.git] / arch / x86_64 / mm / init.c
1 /*
2  *  linux/arch/x86_64/mm/init.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1995  Linus Torvalds
5  *  Copyright (C) 2000  Pavel Machek <pavel@suse.cz>
6  *  Copyright (C) 2002,2003 Andi Kleen <ak@suse.de>
7  */
8
9 #include <linux/config.h>
10 #include <linux/signal.h>
11 #include <linux/sched.h>
12 #include <linux/kernel.h>
13 #include <linux/errno.h>
14 #include <linux/string.h>
15 #include <linux/types.h>
16 #include <linux/ptrace.h>
17 #include <linux/mman.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/smp.h>
21 #include <linux/init.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/proc_fs.h>
25
26 #include <asm/processor.h>
27 #include <asm/system.h>
28 #include <asm/uaccess.h>
29 #include <asm/pgtable.h>
30 #include <asm/pgalloc.h>
31 #include <asm/dma.h>
32 #include <asm/fixmap.h>
33 #include <asm/e820.h>
34 #include <asm/apic.h>
35 #include <asm/tlb.h>
36 #include <asm/mmu_context.h>
37 #include <asm/proto.h>
38 #include <asm/smp.h>
39
40 #ifndef Dprintk
41 #define Dprintk(x...)
42 #endif
43
44 #ifdef CONFIG_GART_IOMMU
45 extern int swiotlb;
46 #endif
47
48 extern char _stext[];
49
50 DEFINE_PER_CPU(struct mmu_gather, mmu_gathers);
51
52 /*
53  * NOTE: pagetable_init alloc all the fixmap pagetables contiguous on the
54  * physical space so we can cache the place of the first one and move
55  * around without checking the pgd every time.
56  */
57
58 void show_mem(void)
59 {
60         int i, total = 0, reserved = 0;
61         int shared = 0, cached = 0;
62         pg_data_t *pgdat;
63         struct page *page;
64
65         printk("Mem-info:\n");
66         show_free_areas();
67         printk("Free swap:       %6ldkB\n", nr_swap_pages<<(PAGE_SHIFT-10));
68
69         for_each_pgdat(pgdat) {
70                for (i = 0; i < pgdat->node_spanned_pages; ++i) {
71                         page = pfn_to_page(pgdat->node_start_pfn + i);
72                         total++;
73                        if (PageReserved(page))
74                         reserved++;
75                        else if (PageSwapCache(page))
76                         cached++;
77                        else if (page_count(page))
78                                shared += page_count(page) - 1;
79                }
80         }
81         printk("%d pages of RAM\n", total);
82         printk("%d reserved pages\n",reserved);
83         printk("%d pages shared\n",shared);
84         printk("%d pages swap cached\n",cached);
85 }
86
87 /* References to section boundaries */
88
89 extern char _text, _etext, _edata, __bss_start, _end[];
90 extern char __init_begin, __init_end;
91
92 int after_bootmem;
93
94 static void *spp_getpage(void)
95
96         void *ptr;
97         if (after_bootmem)
98                 ptr = (void *) get_zeroed_page(GFP_ATOMIC); 
99         else
100                 ptr = alloc_bootmem_pages(PAGE_SIZE);
101         if (!ptr || ((unsigned long)ptr & ~PAGE_MASK))
102                 panic("set_pte_phys: cannot allocate page data %s\n", after_bootmem?"after bootmem":"");
103
104         Dprintk("spp_getpage %p\n", ptr);
105         return ptr;
106
107
108 static void set_pte_phys(unsigned long vaddr,
109                          unsigned long phys, pgprot_t prot)
110 {
111         pgd_t *pgd;
112         pud_t *pud;
113         pmd_t *pmd;
114         pte_t *pte, new_pte;
115
116         Dprintk("set_pte_phys %lx to %lx\n", vaddr, phys);
117
118         pgd = pgd_offset_k(vaddr);
119         if (pgd_none(*pgd)) {
120                 printk("PGD FIXMAP MISSING, it should be setup in head.S!\n");
121                 return;
122         }
123         pud = pud_offset(pgd, vaddr);
124         if (pud_none(*pud)) {
125                 pmd = (pmd_t *) spp_getpage(); 
126                 set_pud(pud, __pud(__pa(pmd) | _KERNPG_TABLE | _PAGE_USER));
127                 if (pmd != pmd_offset(pud, 0)) {
128                         printk("PAGETABLE BUG #01! %p <-> %p\n", pmd, pmd_offset(pud,0));
129                         return;
130                 }
131         }
132         pmd = pmd_offset(pud, vaddr);
133         if (pmd_none(*pmd)) {
134                 pte = (pte_t *) spp_getpage();
135                 set_pmd(pmd, __pmd(__pa(pte) | _KERNPG_TABLE | _PAGE_USER));
136                 if (pte != pte_offset_kernel(pmd, 0)) {
137                         printk("PAGETABLE BUG #02!\n");
138                         return;
139                 }
140         }
141         new_pte = pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, prot);
142
143         pte = pte_offset_kernel(pmd, vaddr);
144         if (!pte_none(*pte) &&
145             pte_val(*pte) != (pte_val(new_pte) & __supported_pte_mask))
146                 pte_ERROR(*pte);
147         set_pte(pte, new_pte);
148
149         /*
150          * It's enough to flush this one mapping.
151          * (PGE mappings get flushed as well)
152          */
153         __flush_tlb_one(vaddr);
154 }
155
156 /* NOTE: this is meant to be run only at boot */
157 void __set_fixmap (enum fixed_addresses idx, unsigned long phys, pgprot_t prot)
158 {
159         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
160
161         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
162                 printk("Invalid __set_fixmap\n");
163                 return;
164         }
165         set_pte_phys(address, phys, prot);
166 }
167
168 unsigned long __initdata table_start, table_end; 
169
170 extern pmd_t temp_boot_pmds[]; 
171
172 static  struct temp_map { 
173         pmd_t *pmd;
174         void  *address; 
175         int    allocated; 
176 } temp_mappings[] __initdata = { 
177         { &temp_boot_pmds[0], (void *)(40UL * 1024 * 1024) },
178         { &temp_boot_pmds[1], (void *)(42UL * 1024 * 1024) }, 
179         {}
180 }; 
181
182 static __init void *alloc_low_page(int *index, unsigned long *phys) 
183
184         struct temp_map *ti;
185         int i; 
186         unsigned long pfn = table_end++, paddr; 
187         void *adr;
188
189         if (pfn >= end_pfn) 
190                 panic("alloc_low_page: ran out of memory"); 
191         for (i = 0; temp_mappings[i].allocated; i++) {
192                 if (!temp_mappings[i].pmd) 
193                         panic("alloc_low_page: ran out of temp mappings"); 
194         } 
195         ti = &temp_mappings[i];
196         paddr = (pfn << PAGE_SHIFT) & PMD_MASK; 
197         set_pmd(ti->pmd, __pmd(paddr | _KERNPG_TABLE | _PAGE_PSE)); 
198         ti->allocated = 1; 
199         __flush_tlb();         
200         adr = ti->address + ((pfn << PAGE_SHIFT) & ~PMD_MASK); 
201         *index = i; 
202         *phys  = pfn * PAGE_SIZE;  
203         return adr; 
204
205
206 static __init void unmap_low_page(int i)
207
208         struct temp_map *ti = &temp_mappings[i];
209         set_pmd(ti->pmd, __pmd(0));
210         ti->allocated = 0; 
211
212
213 static void __init phys_pud_init(pud_t *pud, unsigned long address, unsigned long end)
214
215         long i, j; 
216
217         i = pud_index(address);
218         pud = pud + i;
219         for (; i < PTRS_PER_PUD; pud++, i++) {
220                 int map; 
221                 unsigned long paddr, pmd_phys;
222                 pmd_t *pmd;
223
224                 paddr = address + i*PUD_SIZE;
225                 if (paddr >= end) { 
226                         for (; i < PTRS_PER_PUD; i++, pud++) 
227                                 set_pud(pud, __pud(0)); 
228                         break;
229                 } 
230
231                 if (!e820_mapped(paddr, paddr+PUD_SIZE, 0)) { 
232                         set_pud(pud, __pud(0)); 
233                         continue;
234                 } 
235
236                 pmd = alloc_low_page(&map, &pmd_phys);
237                 set_pud(pud, __pud(pmd_phys | _KERNPG_TABLE));
238                 for (j = 0; j < PTRS_PER_PMD; pmd++, j++, paddr += PMD_SIZE) {
239                         unsigned long pe;
240
241                         if (paddr >= end) { 
242                                 for (; j < PTRS_PER_PMD; j++, pmd++)
243                                         set_pmd(pmd,  __pmd(0)); 
244                                 break;
245                 }
246                         pe = _PAGE_NX|_PAGE_PSE | _KERNPG_TABLE | _PAGE_GLOBAL | paddr;
247                         pe &= __supported_pte_mask;
248                         set_pmd(pmd, __pmd(pe));
249                 }
250                 unmap_low_page(map);
251         }
252         __flush_tlb();
253
254
255 static void __init find_early_table_space(unsigned long end)
256 {
257         unsigned long puds, pmds, tables;
258
259         puds = (end + PUD_SIZE - 1) >> PUD_SHIFT;
260         pmds = (end + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
261         tables = round_up(puds * sizeof(pud_t), PAGE_SIZE) +
262                  round_up(pmds * sizeof(pmd_t), PAGE_SIZE);
263
264         table_start = find_e820_area(0x8000, __pa_symbol(&_text), tables);
265         if (table_start == -1UL)
266                 panic("Cannot find space for the kernel page tables");
267
268         table_start >>= PAGE_SHIFT;
269         table_end = table_start;
270 }
271
272 /* Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
273    This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from the 
274    physical memory. To access them they are temporarily mapped. */
275 void __init init_memory_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
276
277         unsigned long next; 
278
279         Dprintk("init_memory_mapping\n");
280
281         /* 
282          * Find space for the kernel direct mapping tables.
283          * Later we should allocate these tables in the local node of the memory
284          * mapped.  Unfortunately this is done currently before the nodes are 
285          * discovered.
286          */
287         find_early_table_space(end);
288
289         start = (unsigned long)__va(start);
290         end = (unsigned long)__va(end);
291
292         for (; start < end; start = next) {
293                 int map;
294                 unsigned long pud_phys; 
295                 pud_t *pud = alloc_low_page(&map, &pud_phys);
296                 next = start + PGDIR_SIZE;
297                 if (next > end) 
298                         next = end; 
299                 phys_pud_init(pud, __pa(start), __pa(next));
300                 set_pgd(pgd_offset_k(start), mk_kernel_pgd(pud_phys));
301                 unmap_low_page(map);   
302         } 
303
304         asm volatile("movq %%cr4,%0" : "=r" (mmu_cr4_features));
305         __flush_tlb_all();
306         early_printk("kernel direct mapping tables upto %lx @ %lx-%lx\n", end, 
307                table_start<<PAGE_SHIFT, 
308                table_end<<PAGE_SHIFT);
309 }
310
311 extern struct x8664_pda cpu_pda[NR_CPUS];
312
313 /* Assumes all CPUs still execute in init_mm */
314 void zap_low_mappings(void)
315 {
316         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(0UL);
317         pgd_clear(pgd);
318         flush_tlb_all();
319 }
320
321 #ifndef CONFIG_DISCONTIGMEM
322 void __init paging_init(void)
323 {
324         {
325                 unsigned long zones_size[MAX_NR_ZONES] = {0, 0, 0};
326                 unsigned int max_dma;
327
328                 max_dma = virt_to_phys((char *)MAX_DMA_ADDRESS) >> PAGE_SHIFT;
329
330                 if (end_pfn < max_dma)
331                         zones_size[ZONE_DMA] = end_pfn;
332                 else {
333                         zones_size[ZONE_DMA] = max_dma;
334                         zones_size[ZONE_NORMAL] = end_pfn - max_dma;
335                 }
336                 free_area_init(zones_size);
337         }
338         return;
339 }
340 #endif
341
342 /* Unmap a kernel mapping if it exists. This is useful to avoid prefetches
343    from the CPU leading to inconsistent cache lines. address and size
344    must be aligned to 2MB boundaries. 
345    Does nothing when the mapping doesn't exist. */
346 void __init clear_kernel_mapping(unsigned long address, unsigned long size) 
347 {
348         unsigned long end = address + size;
349
350         BUG_ON(address & ~LARGE_PAGE_MASK);
351         BUG_ON(size & ~LARGE_PAGE_MASK); 
352         
353         for (; address < end; address += LARGE_PAGE_SIZE) { 
354                 pgd_t *pgd = pgd_offset_k(address);
355                 pud_t *pud;
356                 pmd_t *pmd;
357                 if (pgd_none(*pgd))
358                         continue;
359                 pud = pud_offset(pgd, address);
360                 if (pud_none(*pud))
361                         continue; 
362                 pmd = pmd_offset(pud, address);
363                 if (!pmd || pmd_none(*pmd))
364                         continue; 
365                 if (0 == (pmd_val(*pmd) & _PAGE_PSE)) { 
366                         /* Could handle this, but it should not happen currently. */
367                         printk(KERN_ERR 
368                "clear_kernel_mapping: mapping has been split. will leak memory\n"); 
369                         pmd_ERROR(*pmd); 
370                 }
371                 set_pmd(pmd, __pmd(0));                 
372         }
373         __flush_tlb_all();
374
375
376 static inline int page_is_ram (unsigned long pagenr)
377 {
378         int i;
379
380         for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {
381                 unsigned long addr, end;
382
383                 if (e820.map[i].type != E820_RAM)       /* not usable memory */
384                         continue;
385                 /*
386                  *      !!!FIXME!!! Some BIOSen report areas as RAM that
387                  *      are not. Notably the 640->1Mb area. We need a sanity
388                  *      check here.
389                  */
390                 addr = (e820.map[i].addr+PAGE_SIZE-1) >> PAGE_SHIFT;
391                 end = (e820.map[i].addr+e820.map[i].size) >> PAGE_SHIFT;
392                 if  ((pagenr >= addr) && (pagenr < end))
393                         return 1;
394         }
395         return 0;
396 }
397
398 extern int swiotlb_force;
399
400 static struct kcore_list kcore_mem, kcore_vmalloc, kcore_kernel, kcore_modules,
401                          kcore_vsyscall;
402
403 void __init mem_init(void)
404 {
405         int codesize, reservedpages, datasize, initsize;
406         int tmp;
407
408 #ifdef CONFIG_SWIOTLB
409         if (swiotlb_force)
410                 swiotlb = 1;
411         if (!iommu_aperture &&
412             (end_pfn >= 0xffffffff>>PAGE_SHIFT || force_iommu))
413                swiotlb = 1;
414         if (swiotlb)
415                 swiotlb_init(); 
416 #endif
417
418         /* How many end-of-memory variables you have, grandma! */
419         max_low_pfn = end_pfn;
420         max_pfn = end_pfn;
421         num_physpages = end_pfn;
422         high_memory = (void *) __va(end_pfn * PAGE_SIZE);
423
424         /* clear the zero-page */
425         memset(empty_zero_page, 0, PAGE_SIZE);
426
427         reservedpages = 0;
428
429         /* this will put all low memory onto the freelists */
430 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
431         totalram_pages += numa_free_all_bootmem();
432         tmp = 0;
433         /* should count reserved pages here for all nodes */ 
434 #else
435         max_mapnr = end_pfn;
436         if (!mem_map) BUG();
437
438         totalram_pages += free_all_bootmem();
439
440         for (tmp = 0; tmp < end_pfn; tmp++)
441                 /*
442                  * Only count reserved RAM pages
443                  */
444                 if (page_is_ram(tmp) && PageReserved(pfn_to_page(tmp)))
445                         reservedpages++;
446 #endif
447
448         after_bootmem = 1;
449
450         codesize =  (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_text;
451         datasize =  (unsigned long) &_edata - (unsigned long) &_etext;
452         initsize =  (unsigned long) &__init_end - (unsigned long) &__init_begin;
453
454         /* Register memory areas for /proc/kcore */
455         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn << PAGE_SHIFT); 
456         kclist_add(&kcore_vmalloc, (void *)VMALLOC_START, 
457                    VMALLOC_END-VMALLOC_START);
458         kclist_add(&kcore_kernel, &_stext, _end - _stext);
459         kclist_add(&kcore_modules, (void *)MODULES_VADDR, MODULES_LEN);
460         kclist_add(&kcore_vsyscall, (void *)VSYSCALL_START, 
461                                  VSYSCALL_END - VSYSCALL_START);
462
463         printk("Memory: %luk/%luk available (%dk kernel code, %dk reserved, %dk data, %dk init)\n",
464                 (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
465                 end_pfn << (PAGE_SHIFT-10),
466                 codesize >> 10,
467                 reservedpages << (PAGE_SHIFT-10),
468                 datasize >> 10,
469                 initsize >> 10);
470
471         /*
472          * Subtle. SMP is doing its boot stuff late (because it has to
473          * fork idle threads) - but it also needs low mappings for the
474          * protected-mode entry to work. We zap these entries only after
475          * the WP-bit has been tested.
476          */
477 #ifndef CONFIG_SMP
478         zap_low_mappings();
479 #endif
480 }
481
482 extern char __initdata_begin[], __initdata_end[];
483
484 void free_initmem(void)
485 {
486         unsigned long addr;
487
488         addr = (unsigned long)(&__init_begin);
489         for (; addr < (unsigned long)(&__init_end); addr += PAGE_SIZE) {
490                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
491                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
492                 memset((void *)(addr & ~(PAGE_SIZE-1)), 0xcc, PAGE_SIZE); 
493                 free_page(addr);
494                 totalram_pages++;
495         }
496         memset(__initdata_begin, 0xba, __initdata_end - __initdata_begin);
497         printk ("Freeing unused kernel memory: %luk freed\n", (&__init_end - &__init_begin) >> 10);
498 }
499
500 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
501 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
502 {
503         if (start < (unsigned long)&_end)
504                 return;
505         printk ("Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
506         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
507                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
508                 set_page_count(virt_to_page(start), 1);
509                 free_page(start);
510                 totalram_pages++;
511         }
512 }
513 #endif
514
515 void __init reserve_bootmem_generic(unsigned long phys, unsigned len) 
516
517         /* Should check here against the e820 map to avoid double free */ 
518 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
519         int nid = phys_to_nid(phys);
520         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nid), phys, len);
521 #else                   
522         reserve_bootmem(phys, len);    
523 #endif
524 }
525
526 int kern_addr_valid(unsigned long addr) 
527
528         unsigned long above = ((long)addr) >> __VIRTUAL_MASK_SHIFT;
529        pgd_t *pgd;
530        pud_t *pud;
531        pmd_t *pmd;
532        pte_t *pte;
533
534         if (above != 0 && above != -1UL)
535                 return 0; 
536         
537         pgd = pgd_offset_k(addr);
538         if (pgd_none(*pgd))
539                 return 0;
540
541         pud = pud_offset(pgd, addr);
542         if (pud_none(*pud))
543                 return 0; 
544
545         pmd = pmd_offset(pud, addr);
546         if (pmd_none(*pmd))
547                 return 0;
548         if (pmd_large(*pmd))
549                 return pfn_valid(pmd_pfn(*pmd));
550
551         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
552         if (pte_none(*pte))
553                 return 0;
554         return pfn_valid(pte_pfn(*pte));
555 }
556
557 #ifdef CONFIG_SYSCTL
558 #include <linux/sysctl.h>
559
560 extern int exception_trace, page_fault_trace;
561
562 static ctl_table debug_table2[] = {
563         { 99, "exception-trace", &exception_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
564           proc_dointvec },
565 #ifdef CONFIG_CHECKING
566         { 100, "page-fault-trace", &page_fault_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
567           proc_dointvec },
568 #endif
569         { 0, }
570 }; 
571
572 static ctl_table debug_root_table2[] = { 
573         { .ctl_name = CTL_DEBUG, .procname = "debug", .mode = 0555, 
574            .child = debug_table2 }, 
575         { 0 }, 
576 }; 
577
578 static __init int x8664_sysctl_init(void)
579
580         register_sysctl_table(debug_root_table2, 1);
581         return 0;
582 }
583 __initcall(x8664_sysctl_init);
584 #endif
585
586 /* Pseudo VMAs to allow ptrace access for the vsyscall pages.  x86-64 has two
587    different ones: one for 32bit and one for 64bit. Use the appropiate
588    for the target task. */
589
590 static struct vm_area_struct gate_vma = {
591         .vm_start = VSYSCALL_START,
592         .vm_end = VSYSCALL_END,
593         .vm_page_prot = PAGE_READONLY
594 };
595
596 static struct vm_area_struct gate32_vma = {
597         .vm_start = VSYSCALL32_BASE,
598         .vm_end = VSYSCALL32_END,
599         .vm_page_prot = PAGE_READONLY
600 };
601
602 struct vm_area_struct *get_gate_vma(struct task_struct *tsk)
603 {
604 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
605         if (test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_IA32)) {
606                 /* lookup code assumes the pages are present. set them up
607                    now */
608                 if (__map_syscall32(tsk->mm, VSYSCALL32_BASE) < 0)
609                         return NULL;
610                 return &gate32_vma;
611         }
612 #endif
613         return &gate_vma;
614 }
615
616 int in_gate_area(struct task_struct *task, unsigned long addr)
617 {
618         struct vm_area_struct *vma = get_gate_vma(task);
619         return (addr >= vma->vm_start) && (addr < vma->vm_end);
620 }
621
622 /* Use this when you have no reliable task/vma, typically from interrupt
623  * context.  It is less reliable than using the task's vma and may give
624  * false positives.
625  */
626 int in_gate_area_no_task(unsigned long addr)
627 {
628         return (((addr >= VSYSCALL_START) && (addr < VSYSCALL_END)) ||
629                 ((addr >= VSYSCALL32_BASE) && (addr < VSYSCALL32_END)));
630 }