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_NUMA
 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_NUMA
 431         totalram_pages += numa_free_all_bootmem();
 432         tmp = 0;
 433         /* should count reserved pages here for all nodes */
 434 #else
 435
 436 #ifdef CONFIG_FLATMEM
 437         max_mapnr = end_pfn;
 438         if (!mem_map) BUG();
 439 #endif
 440
 441         totalram_pages += free_all_bootmem();
 442
 443         for (tmp = 0; tmp < end_pfn; tmp++)
 444                 /*
 445                  * Only count reserved RAM pages
 446                  */
 447                 if (page_is_ram(tmp) && PageReserved(pfn_to_page(tmp)))
 448                         reservedpages++;
 449 #endif
 450
 451         after_bootmem = 1;
 452
 453         codesize =  (unsigned long) &_etext - (unsigned long) &_text;
 454         datasize =  (unsigned long) &_edata - (unsigned long) &_etext;
 455         initsize =  (unsigned long) &__init_end - (unsigned long) &__init_begin;
 456
 457         /* Register memory areas for /proc/kcore */
 458         kclist_add(&kcore_mem, __va(0), max_low_pfn << PAGE_SHIFT);
 459         kclist_add(&kcore_vmalloc, (void *)VMALLOC_START,
 460                    VMALLOC_END-VMALLOC_START);
 461         kclist_add(&kcore_kernel, &_stext, _end - _stext);
 462         kclist_add(&kcore_modules, (void *)MODULES_VADDR, MODULES_LEN);
 463         kclist_add(&kcore_vsyscall, (void *)VSYSCALL_START,
 464                                  VSYSCALL_END - VSYSCALL_START);
 465
 466         printk("Memory: %luk/%luk available (%dk kernel code, %dk reserved, %dk data, %dk init)\n",
 467                 (unsigned long) nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10),
 468                 end_pfn << (PAGE_SHIFT-10),
 469                 codesize >> 10,
 470                 reservedpages << (PAGE_SHIFT-10),
 471                 datasize >> 10,
 472                 initsize >> 10);
 473
 474         /*
 475          * Subtle. SMP is doing its boot stuff late (because it has to
 476          * fork idle threads) - but it also needs low mappings for the
 477          * protected-mode entry to work. We zap these entries only after
 478          * the WP-bit has been tested.
 479          */
 480 #ifndef CONFIG_SMP
 481         zap_low_mappings();
 482 #endif
 483 }
 484
 485 extern char __initdata_begin[], __initdata_end[];
 486
 487 void free_initmem(void)
 488 {
 489         unsigned long addr;
 490
 491         addr = (unsigned long)(&__init_begin);
 492         for (; addr < (unsigned long)(&__init_end); addr += PAGE_SIZE) {
 493                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 494                 set_page_count(virt_to_page(addr), 1);
 495                 memset((void *)(addr & ~(PAGE_SIZE-1)), 0xcc, PAGE_SIZE);
 496                 free_page(addr);
 497                 totalram_pages++;
 498         }
 499         memset(__initdata_begin, 0xba, __initdata_end - __initdata_begin);
 500         printk ("Freeing unused kernel memory: %luk freed\n", (&__init_end - &__init_begin) >> 10);
 501 }
 502
 503 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 504 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 505 {
 506         if (start < (unsigned long)&_end)
 507                 return;
 508         printk ("Freeing initrd memory: %ldk freed\n", (end - start) >> 10);
 509         for (; start < end; start += PAGE_SIZE) {
 510                 ClearPageReserved(virt_to_page(start));
 511                 set_page_count(virt_to_page(start), 1);
 512                 free_page(start);
 513                 totalram_pages++;
 514         }
 515 }
 516 #endif
 517
 518 void __init reserve_bootmem_generic(unsigned long phys, unsigned len)
 519 {
 520         /* Should check here against the e820 map to avoid double free */
 521 #ifdef CONFIG_NUMA
 522         int nid = phys_to_nid(phys);
 523         reserve_bootmem_node(NODE_DATA(nid), phys, len);
 524 #else
 525         reserve_bootmem(phys, len);
 526 #endif
 527 }
 528
 529 int kern_addr_valid(unsigned long addr)
 530 {
 531         unsigned long above = ((long)addr) >> __VIRTUAL_MASK_SHIFT;
 532        pgd_t *pgd;
 533        pud_t *pud;
 534        pmd_t *pmd;
 535        pte_t *pte;
 536
 537         if (above != 0 && above != -1UL)
 538                 return 0;
 539
 540         pgd = pgd_offset_k(addr);
 541         if (pgd_none(*pgd))
 542                 return 0;
 543
 544         pud = pud_offset(pgd, addr);
 545         if (pud_none(*pud))
 546                 return 0;
 547
 548         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 549         if (pmd_none(*pmd))
 550                 return 0;
 551         if (pmd_large(*pmd))
 552                 return pfn_valid(pmd_pfn(*pmd));
 553
 554         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 555         if (pte_none(*pte))
 556                 return 0;
 557         return pfn_valid(pte_pfn(*pte));
 558 }
 559
 560 #ifdef CONFIG_SYSCTL
 561 #include <linux/sysctl.h>
 562
 563 extern int exception_trace, page_fault_trace;
 564
 565 static ctl_table debug_table2[] = {
 566         { 99, "exception-trace", &exception_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
 567           proc_dointvec },
 568 #ifdef CONFIG_CHECKING
 569         { 100, "page-fault-trace", &page_fault_trace, sizeof(int), 0644, NULL,
 570           proc_dointvec },
 571 #endif
 572         { 0, }
 573 };
 574
 575 static ctl_table debug_root_table2[] = {
 576         { .ctl_name = CTL_DEBUG, .procname = "debug", .mode = 0555,
 577            .child = debug_table2 },
 578         { 0 },
 579 };
 580
 581 static __init int x8664_sysctl_init(void)
 582 {
 583         register_sysctl_table(debug_root_table2, 1);
 584         return 0;
 585 }
 586 __initcall(x8664_sysctl_init);
 587 #endif
 588
 589 /* A pseudo VMAs to allow ptrace access for the vsyscall page.   This only
 590    covers the 64bit vsyscall page now. 32bit has a real VMA now and does
 591    not need special handling anymore. */
 592
 593 static struct vm_area_struct gate_vma = {
 594         .vm_start = VSYSCALL_START,
 595         .vm_end = VSYSCALL_END,
 596         .vm_page_prot = PAGE_READONLY
 597 };
 598
 599 struct vm_area_struct *get_gate_vma(struct task_struct *tsk)
 600 {
 601 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
 602         if (test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_IA32))
 603                 return NULL;
 604 #endif
 605         return &gate_vma;
 606 }
 607
 608 int in_gate_area(struct task_struct *task, unsigned long addr)
 609 {
 610         struct vm_area_struct *vma = get_gate_vma(task);
 611         if (!vma)
 612                 return 0;
 613         return (addr >= vma->vm_start) && (addr < vma->vm_end);
 614 }
 615
 616 /* Use this when you have no reliable task/vma, typically from interrupt
 617  * context.  It is less reliable than using the task's vma and may give
 618  * false positives.
 619  */
 620 int in_gate_area_no_task(unsigned long addr)
 621 {
 622         return (addr >= VSYSCALL_START) && (addr < VSYSCALL_END);
 623 }