]> git.itanic.dy.fi Git - linux-stable/blob - arch/x86/mm/init.c
x86/mm: Avoid incomplete Global INVLPG flushes
[linux-stable] / arch / x86 / mm / init.c
1 #include <linux/gfp.h>
2 #include <linux/initrd.h>
3 #include <linux/ioport.h>
4 #include <linux/swap.h>
5 #include <linux/memblock.h>
6 #include <linux/swapfile.h>
7 #include <linux/swapops.h>
8 #include <linux/kmemleak.h>
9 #include <linux/sched/task.h>
10
11 #include <asm/set_memory.h>
12 #include <asm/cpu_device_id.h>
13 #include <asm/e820/api.h>
14 #include <asm/init.h>
15 #include <asm/page.h>
16 #include <asm/page_types.h>
17 #include <asm/sections.h>
18 #include <asm/setup.h>
19 #include <asm/tlbflush.h>
20 #include <asm/tlb.h>
21 #include <asm/proto.h>
22 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
23 #include <asm/microcode.h>
24 #include <asm/kaslr.h>
25 #include <asm/hypervisor.h>
26 #include <asm/cpufeature.h>
27 #include <asm/pti.h>
28 #include <asm/text-patching.h>
29
30 /*
31  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
32  * is only compied when SMP=y.
33  */
34 #define CREATE_TRACE_POINTS
35 #include <trace/events/tlb.h>
36
37 #include "mm_internal.h"
38
39 /*
40  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
41  *
42  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
43  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
44  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
45  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
46  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
47  *
48  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
49  *
50  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
51  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
52  */
53 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
54         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
55         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
57         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
58         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
59         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
60 };
61 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
62
63 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
64         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
65         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
66         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
67         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
68         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
69         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
70         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
71         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
72 };
73 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
74
75 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
76 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
77 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
78
79 static unsigned long min_pfn_mapped;
80
81 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
82
83 /*
84  * Pages returned are already directly mapped.
85  *
86  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
87  *
88  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
89  *
90  * for detailed information.
91  */
92 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
93 {
94         unsigned long pfn;
95         int i;
96
97         if (after_bootmem) {
98                 unsigned int order;
99
100                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
101                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
102         }
103
104         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
105                 unsigned long ret = 0;
106
107                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
108                         ret = memblock_find_in_range(
109                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
110                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
111                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
112                 }
113                 if (ret)
114                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
115                 else if (can_use_brk_pgt)
116                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
117
118                 if (!ret)
119                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
120
121                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
122         } else {
123                 pfn = pgt_buf_end;
124                 pgt_buf_end += num;
125         }
126
127         for (i = 0; i < num; i++) {
128                 void *adr;
129
130                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
131                 clear_page(adr);
132         }
133
134         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
135 }
136
137 /*
138  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
139  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
140  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
141  * randomization is enabled.
142  */
143 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
144 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
145 #else
146 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
147 #endif
148 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
149 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
150 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
151 {
152         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
153         phys_addr_t base;
154
155         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
156
157         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
158         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
159         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
160 }
161
162 int after_bootmem;
163
164 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
165
166 struct map_range {
167         unsigned long start;
168         unsigned long end;
169         unsigned page_size_mask;
170 };
171
172 static int page_size_mask;
173
174 static void __init probe_page_size_mask(void)
175 {
176         /*
177          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
178          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
179          * large pages into small in interrupt context, etc.
180          */
181         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
182                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
183         else
184                 direct_gbpages = 0;
185
186         /* Enable PSE if available */
187         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
188                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
189
190         /* Enable PGE if available */
191         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
192         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
193                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
194                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
195         }
196
197         /* By the default is everything supported: */
198         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
199         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
200         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
201                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
202
203         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
204         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
205                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
206                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
207         } else {
208                 direct_gbpages = 0;
209         }
210 }
211
212 #define INTEL_MATCH(_model) { .vendor  = X86_VENDOR_INTEL,      \
213                               .family  = 6,                     \
214                               .model = _model,                  \
215                             }
216 /*
217  * INVLPG may not properly flush Global entries
218  * on these CPUs when PCIDs are enabled.
219  */
220 static const struct x86_cpu_id invlpg_miss_ids[] = {
221         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE   ),
222         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE_L ),
223         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE_N ),
224         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE  ),
225         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_P),
226         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_S),
227         {}
228 };
229
230 static void setup_pcid(void)
231 {
232         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
233                 return;
234
235         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
236                 return;
237
238         if (x86_match_cpu(invlpg_miss_ids)) {
239                 pr_info("Incomplete global flushes, disabling PCID");
240                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
241                 return;
242         }
243
244         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
245                 /*
246                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
247                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
248                  * do any good anyway.  Despite the name,
249                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
250                  * the bits in question to remain set all the way through
251                  * the secondary boot asm.
252                  *
253                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
254                  * start_secondary().
255                  */
256                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
257
258                 /*
259                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
260                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
261                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
262                  * no INVPCID support at all.
263                  */
264                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
265                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
266         } else {
267                 /*
268                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
269                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
270                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
271                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
272                  * data if we're on an improperly configured VM.
273                  */
274                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
275         }
276 }
277
278 #ifdef CONFIG_X86_32
279 #define NR_RANGE_MR 3
280 #else /* CONFIG_X86_64 */
281 #define NR_RANGE_MR 5
282 #endif
283
284 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
285                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
286                              unsigned long page_size_mask)
287 {
288         if (start_pfn < end_pfn) {
289                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
290                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
291                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
292                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
293                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
294                 nr_range++;
295         }
296
297         return nr_range;
298 }
299
300 /*
301  * adjust the page_size_mask for small range to go with
302  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
303  */
304 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
305                                                          int nr_range)
306 {
307         int i;
308
309         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
310                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
311                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
312                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
313                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
314
315 #ifdef CONFIG_X86_32
316                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
317                                 continue;
318 #endif
319
320                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
321                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
322                 }
323                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
324                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
325                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
326                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
327
328                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
329                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
330                 }
331         }
332 }
333
334 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
335 {
336         static const char str_1g[] = "1G";
337         static const char str_2m[] = "2M";
338         static const char str_4m[] = "4M";
339         static const char str_4k[] = "4k";
340
341         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
342                 return str_1g;
343         /*
344          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
345          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
346          * print out the right size in the string.
347          */
348         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
349             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
350             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
351                 return str_4m;
352
353         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
354                 return str_2m;
355
356         return str_4k;
357 }
358
359 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
360                                      unsigned long start,
361                                      unsigned long end)
362 {
363         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
364         unsigned long pfn;
365         int i;
366
367         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
368
369         /* head if not big page alignment ? */
370         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
371 #ifdef CONFIG_X86_32
372         /*
373          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
374          * because there are often fixed size MTRRs in there
375          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
376          * slowdowns.
377          */
378         if (pfn == 0)
379                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
380         else
381                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
382 #else /* CONFIG_X86_64 */
383         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
384 #endif
385         if (end_pfn > limit_pfn)
386                 end_pfn = limit_pfn;
387         if (start_pfn < end_pfn) {
388                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
389                 pfn = end_pfn;
390         }
391
392         /* big page (2M) range */
393         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
394 #ifdef CONFIG_X86_32
395         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
396 #else /* CONFIG_X86_64 */
397         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
398         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
399                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
400 #endif
401
402         if (start_pfn < end_pfn) {
403                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
404                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
405                 pfn = end_pfn;
406         }
407
408 #ifdef CONFIG_X86_64
409         /* big page (1G) range */
410         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
411         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
412         if (start_pfn < end_pfn) {
413                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
414                                 page_size_mask &
415                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
416                 pfn = end_pfn;
417         }
418
419         /* tail is not big page (1G) alignment */
420         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
421         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
422         if (start_pfn < end_pfn) {
423                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
424                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
425                 pfn = end_pfn;
426         }
427 #endif
428
429         /* tail is not big page (2M) alignment */
430         start_pfn = pfn;
431         end_pfn = limit_pfn;
432         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
433
434         if (!after_bootmem)
435                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
436
437         /* try to merge same page size and continuous */
438         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
439                 unsigned long old_start;
440                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
441                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
442                         continue;
443                 /* move it */
444                 old_start = mr[i].start;
445                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
446                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
447                 mr[i--].start = old_start;
448                 nr_range--;
449         }
450
451         for (i = 0; i < nr_range; i++)
452                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
453                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
454                                 page_size_string(&mr[i]));
455
456         return nr_range;
457 }
458
459 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
460 int nr_pfn_mapped;
461
462 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
463 {
464         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
465                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
466         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
467
468         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
469
470         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
471                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
472                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
473 }
474
475 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
476 {
477         int i;
478
479         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
480                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
481                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
482                         return true;
483
484         return false;
485 }
486
487 /*
488  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
489  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
490  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
491  */
492 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
493                                                unsigned long end)
494 {
495         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
496         unsigned long ret = 0;
497         int nr_range, i;
498
499         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
500                start, end - 1);
501
502         memset(mr, 0, sizeof(mr));
503         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
504
505         for (i = 0; i < nr_range; i++)
506                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
507                                                    mr[i].page_size_mask);
508
509         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
510
511         return ret >> PAGE_SHIFT;
512 }
513
514 /*
515  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
516  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
517  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
518  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
519  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
520  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
521  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
522  *
523  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
524  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
525  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
526  */
527 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
528                                            unsigned long r_start,
529                                            unsigned long r_end)
530 {
531         unsigned long start_pfn, end_pfn;
532         unsigned long mapped_ram_size = 0;
533         int i;
534
535         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
536                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
537                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
538                 if (start >= end)
539                         continue;
540
541                 /*
542                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
543                  * alloc pgt buf from memblock instead.
544                  */
545                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
546                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
547                 init_memory_mapping(start, end);
548                 mapped_ram_size += end - start;
549                 can_use_brk_pgt = true;
550         }
551
552         return mapped_ram_size;
553 }
554
555 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
556 {
557         /*
558          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
559          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
560          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
561          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
562          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
563          * difference of page table level shifts.
564          *
565          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
566          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
567          * turns it into 0x100000000ULL.
568          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
569          * needs to be taken into consideration by the code below.
570          */
571         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
572 }
573
574 /**
575  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
576  * @map_start: start address of the target memory range
577  * @map_end: end address of the target memory range
578  *
579  * This function will setup direct mapping for memory range
580  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
581  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
582  * memory in top-down.
583  */
584 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
585                                        unsigned long map_end)
586 {
587         unsigned long real_end, start, last_start;
588         unsigned long step_size;
589         unsigned long addr;
590         unsigned long mapped_ram_size = 0;
591
592         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
593         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
594         real_end = addr + PMD_SIZE;
595
596         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
597         step_size = PMD_SIZE;
598         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
599         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
600         last_start = start = real_end;
601
602         /*
603          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
604          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
605          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
606          * for page table.
607          */
608         while (last_start > map_start) {
609                 if (last_start > step_size) {
610                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
611                         if (start < map_start)
612                                 start = map_start;
613                 } else
614                         start = map_start;
615                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
616                                                         last_start);
617                 last_start = start;
618                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
619                 if (mapped_ram_size >= step_size)
620                         step_size = get_new_step_size(step_size);
621         }
622
623         if (real_end < map_end)
624                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
625 }
626
627 /**
628  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
629  * @map_start: start address of the target memory range
630  * @map_end: end address of the target memory range
631  *
632  * This function will setup direct mapping for memory range
633  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
634  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
635  * be allocated just above the kernel and we map the memory
636  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
637  */
638 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
639                                         unsigned long map_end)
640 {
641         unsigned long next, start;
642         unsigned long mapped_ram_size = 0;
643         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
644         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
645
646         start = map_start;
647         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
648
649         /*
650          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
651          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
652          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
653          * for page table.
654          */
655         while (start < map_end) {
656                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
657                         next = round_up(start + 1, step_size);
658                         if (next > map_end)
659                                 next = map_end;
660                 } else {
661                         next = map_end;
662                 }
663
664                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
665                 start = next;
666
667                 if (mapped_ram_size >= step_size)
668                         step_size = get_new_step_size(step_size);
669         }
670 }
671
672 void __init init_mem_mapping(void)
673 {
674         unsigned long end;
675
676         pti_check_boottime_disable();
677         probe_page_size_mask();
678         setup_pcid();
679
680 #ifdef CONFIG_X86_64
681         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
682 #else
683         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
684 #endif
685
686         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
687         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
688
689         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
690         init_trampoline();
691
692         /*
693          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
694          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
695          */
696         if (memblock_bottom_up()) {
697                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
698
699                 /*
700                  * we need two separate calls here. This is because we want to
701                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
702                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
703                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
704                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
705                  */
706                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
707                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
708         } else {
709                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
710         }
711
712 #ifdef CONFIG_X86_64
713         if (max_pfn > max_low_pfn) {
714                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
715                 max_low_pfn = max_pfn;
716         }
717 #else
718         early_ioremap_page_table_range_init();
719 #endif
720
721         load_cr3(swapper_pg_dir);
722         __flush_tlb_all();
723
724         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
725
726         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
727 }
728
729 /*
730  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
731  * during patching.
732  */
733 void __init poking_init(void)
734 {
735         spinlock_t *ptl;
736         pte_t *ptep;
737
738         poking_mm = copy_init_mm();
739         BUG_ON(!poking_mm);
740
741         /*
742          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
743          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
744          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
745          */
746         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
747         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
748                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
749                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
750
751         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
752                 poking_addr += PAGE_SIZE;
753
754         /*
755          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
756          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
757          * section, which might cause allocation to fail.
758          */
759         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
760         BUG_ON(!ptep);
761         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
762 }
763
764 /*
765  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
766  * is valid. The argument is a physical page number.
767  *
768  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
769  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
770  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
771  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
772  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
773  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
774  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
775  */
776 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
777 {
778         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
779                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
780                         != REGION_DISJOINT) {
781                 /*
782                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
783                  * request that the page be shown as all zeros.
784                  */
785                 if (pagenr < 256)
786                         return 2;
787
788                 return 0;
789         }
790
791         /*
792          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
793          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
794          */
795         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
796                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
797                 if (pagenr < 256)
798                         return 1;
799
800                 return 0;
801         }
802
803         return 1;
804 }
805
806 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
807 {
808         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
809
810         /* Make sure boundaries are page aligned */
811         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
812         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
813
814         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
815                 begin = begin_aligned;
816                 end   = end_aligned;
817         }
818
819         if (begin >= end)
820                 return;
821
822         /*
823          * If debugging page accesses then do not free this memory but
824          * mark them not present - any buggy init-section access will
825          * create a kernel page fault:
826          */
827         if (debug_pagealloc_enabled()) {
828                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
829                         begin, end - 1);
830                 /*
831                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
832                  * corresponding pages will be unmapped.
833                  */
834                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
835                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
836         } else {
837                 /*
838                  * We just marked the kernel text read only above, now that
839                  * we are going to free part of that, we need to make that
840                  * writeable and non-executable first.
841                  */
842                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
843                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
844
845                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
846                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
847         }
848 }
849
850 /*
851  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
852  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
853  * right thing for either kind of address.
854  */
855 void free_kernel_image_pages(void *begin, void *end)
856 {
857         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
858         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
859         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
860
861
862         free_init_pages("unused kernel image", begin_ul, end_ul);
863
864         /*
865          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
866          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
867          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
868          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
869          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
870          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
871          * optimizations PTI is currently using.
872          *
873          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
874          * needed to access the freed pages.
875          *
876          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
877          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
878          */
879         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
880                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
881 }
882
883 void __weak mem_encrypt_free_decrypted_mem(void) { }
884
885 void __ref free_initmem(void)
886 {
887         e820__reallocate_tables();
888
889         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
890
891         free_kernel_image_pages(&__init_begin, &__init_end);
892 }
893
894 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
895 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
896 {
897         /*
898          * end could be not aligned, and We can not align that,
899          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
900          * We already reserve the end partial page before in
901          *   - i386_start_kernel()
902          *   - x86_64_start_kernel()
903          *   - relocate_initrd()
904          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
905          */
906         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
907 }
908 #endif
909
910 /*
911  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
912  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
913  * accurately.
914  *
915  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
916  * might benefit from this as well.
917  */
918 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
919 {
920 #ifdef CONFIG_X86_64
921         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
922         unsigned long start_pfn, end_pfn;
923         phys_addr_t start_addr, end_addr;
924         int i;
925         u64 u;
926
927         /*
928          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
929          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
930          */
931         nr_pages = 0;
932         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
933                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
934                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
935
936                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
937         }
938
939         /*
940          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
941          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
942          * pages at the beginning or the end of the range:
943          */
944         nr_free_pages = 0;
945         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
946                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
947                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
948
949                 if (start_pfn < end_pfn)
950                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
951         }
952
953         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
954 #endif
955 }
956
957 void __init zone_sizes_init(void)
958 {
959         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
960
961         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
962
963 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
964         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
965 #endif
966 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
967         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
968 #endif
969         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
970 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
971         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
972 #endif
973
974         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
975 }
976
977 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
978         .loaded_mm = &init_mm,
979         .next_asid = 1,
980         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
981 };
982 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_tlbstate);
983
984 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
985 {
986         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
987         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
988
989         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
990         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
991 }
992
993 #ifdef CONFIG_SWAP
994 unsigned long max_swapfile_size(void)
995 {
996         unsigned long pages;
997
998         pages = generic_max_swapfile_size();
999
1000         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
1001                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
1002                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
1003                 /*
1004                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
1005                  * which makes the usable limit higher.
1006                  */
1007 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
1008                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
1009 #endif
1010                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
1011         }
1012         return pages;
1013 }
1014 #endif