Linux-libre 5.3.12-gnu
[librecmc/linux-libre.git] / 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/e820/api.h>
13 #include <asm/init.h>
14 #include <asm/page.h>
15 #include <asm/page_types.h>
16 #include <asm/sections.h>
17 #include <asm/setup.h>
18 #include <asm/tlbflush.h>
19 #include <asm/tlb.h>
20 #include <asm/proto.h>
21 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
22 #include <asm/microcode.h>
23 #include <asm/kaslr.h>
24 #include <asm/hypervisor.h>
25 #include <asm/cpufeature.h>
26 #include <asm/pti.h>
27 #include <asm/text-patching.h>
28
29 /*
30  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
31  * is only compied when SMP=y.
32  */
33 #define CREATE_TRACE_POINTS
34 #include <trace/events/tlb.h>
35
36 #include "mm_internal.h"
37
38 /*
39  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
40  *
41  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
42  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
43  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
44  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
45  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
46  *
47  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
48  *
49  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
50  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
51  */
52 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
53         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
54         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
55         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
57         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
58         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
59 };
60 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
61
62 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
63         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
64         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
65         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
66         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
67         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
68         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
69         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
70         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
71 };
72 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
73
74 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
75 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
76 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
77
78 static unsigned long min_pfn_mapped;
79
80 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
81
82 /*
83  * Pages returned are already directly mapped.
84  *
85  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
86  *
87  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
88  *
89  * for detailed information.
90  */
91 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
92 {
93         unsigned long pfn;
94         int i;
95
96         if (after_bootmem) {
97                 unsigned int order;
98
99                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
100                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
101         }
102
103         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
104                 unsigned long ret = 0;
105
106                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
107                         ret = memblock_find_in_range(
108                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
109                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
110                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
111                 }
112                 if (ret)
113                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
114                 else if (can_use_brk_pgt)
115                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
116
117                 if (!ret)
118                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
119
120                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
121         } else {
122                 pfn = pgt_buf_end;
123                 pgt_buf_end += num;
124                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
125                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
126         }
127
128         for (i = 0; i < num; i++) {
129                 void *adr;
130
131                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
132                 clear_page(adr);
133         }
134
135         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
136 }
137
138 /*
139  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
140  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
141  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
142  * randomization is enabled.
143  */
144 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
145 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
146 #else
147 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
148 #endif
149 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
150 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
151 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
152 {
153         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
154         phys_addr_t base;
155
156         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
157
158         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
159         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
160         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
161 }
162
163 int after_bootmem;
164
165 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
166
167 struct map_range {
168         unsigned long start;
169         unsigned long end;
170         unsigned page_size_mask;
171 };
172
173 static int page_size_mask;
174
175 static void __init probe_page_size_mask(void)
176 {
177         /*
178          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
179          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
180          * large pages into small in interrupt context, etc.
181          */
182         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
183                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
184         else
185                 direct_gbpages = 0;
186
187         /* Enable PSE if available */
188         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
189                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
190
191         /* Enable PGE if available */
192         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
193         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
194                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
195                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
196         }
197
198         /* By the default is everything supported: */
199         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
200         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
201         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
202                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
203
204         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
205         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
206                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
207                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
208         } else {
209                 direct_gbpages = 0;
210         }
211 }
212
213 static void setup_pcid(void)
214 {
215         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
216                 return;
217
218         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
219                 return;
220
221         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
222                 /*
223                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
224                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
225                  * do any good anyway.  Despite the name,
226                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
227                  * the bits in question to remain set all the way through
228                  * the secondary boot asm.
229                  *
230                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
231                  * start_secondary().
232                  */
233                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
234
235                 /*
236                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
237                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
238                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
239                  * no INVPCID support at all.
240                  */
241                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
242                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
243         } else {
244                 /*
245                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
246                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
247                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
248                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
249                  * data if we're on an improperly configured VM.
250                  */
251                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
252         }
253 }
254
255 #ifdef CONFIG_X86_32
256 #define NR_RANGE_MR 3
257 #else /* CONFIG_X86_64 */
258 #define NR_RANGE_MR 5
259 #endif
260
261 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
262                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
263                              unsigned long page_size_mask)
264 {
265         if (start_pfn < end_pfn) {
266                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
267                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
268                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
269                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
270                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
271                 nr_range++;
272         }
273
274         return nr_range;
275 }
276
277 /*
278  * adjust the page_size_mask for small range to go with
279  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
280  */
281 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
282                                                          int nr_range)
283 {
284         int i;
285
286         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
287                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
288                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
289                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
290                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
291
292 #ifdef CONFIG_X86_32
293                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
294                                 continue;
295 #endif
296
297                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
298                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
299                 }
300                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
301                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
302                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
303                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
304
305                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
306                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
307                 }
308         }
309 }
310
311 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
312 {
313         static const char str_1g[] = "1G";
314         static const char str_2m[] = "2M";
315         static const char str_4m[] = "4M";
316         static const char str_4k[] = "4k";
317
318         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
319                 return str_1g;
320         /*
321          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
322          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
323          * print out the right size in the string.
324          */
325         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
326             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
327             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
328                 return str_4m;
329
330         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
331                 return str_2m;
332
333         return str_4k;
334 }
335
336 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
337                                      unsigned long start,
338                                      unsigned long end)
339 {
340         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
341         unsigned long pfn;
342         int i;
343
344         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
345
346         /* head if not big page alignment ? */
347         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
348 #ifdef CONFIG_X86_32
349         /*
350          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
351          * because there are often fixed size MTRRs in there
352          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
353          * slowdowns.
354          */
355         if (pfn == 0)
356                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
357         else
358                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
359 #else /* CONFIG_X86_64 */
360         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
361 #endif
362         if (end_pfn > limit_pfn)
363                 end_pfn = limit_pfn;
364         if (start_pfn < end_pfn) {
365                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
366                 pfn = end_pfn;
367         }
368
369         /* big page (2M) range */
370         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
371 #ifdef CONFIG_X86_32
372         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
373 #else /* CONFIG_X86_64 */
374         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
375         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
376                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
377 #endif
378
379         if (start_pfn < end_pfn) {
380                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
381                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
382                 pfn = end_pfn;
383         }
384
385 #ifdef CONFIG_X86_64
386         /* big page (1G) range */
387         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
388         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
389         if (start_pfn < end_pfn) {
390                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
391                                 page_size_mask &
392                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
393                 pfn = end_pfn;
394         }
395
396         /* tail is not big page (1G) alignment */
397         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
398         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
399         if (start_pfn < end_pfn) {
400                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
401                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
402                 pfn = end_pfn;
403         }
404 #endif
405
406         /* tail is not big page (2M) alignment */
407         start_pfn = pfn;
408         end_pfn = limit_pfn;
409         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
410
411         if (!after_bootmem)
412                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
413
414         /* try to merge same page size and continuous */
415         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
416                 unsigned long old_start;
417                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
418                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
419                         continue;
420                 /* move it */
421                 old_start = mr[i].start;
422                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
423                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
424                 mr[i--].start = old_start;
425                 nr_range--;
426         }
427
428         for (i = 0; i < nr_range; i++)
429                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
430                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
431                                 page_size_string(&mr[i]));
432
433         return nr_range;
434 }
435
436 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
437 int nr_pfn_mapped;
438
439 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
440 {
441         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
442                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
443         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
444
445         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
446
447         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
448                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
449                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
450 }
451
452 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
453 {
454         int i;
455
456         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
457                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
458                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
459                         return true;
460
461         return false;
462 }
463
464 /*
465  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
466  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
467  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
468  */
469 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
470                                                unsigned long end)
471 {
472         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
473         unsigned long ret = 0;
474         int nr_range, i;
475
476         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
477                start, end - 1);
478
479         memset(mr, 0, sizeof(mr));
480         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
481
482         for (i = 0; i < nr_range; i++)
483                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
484                                                    mr[i].page_size_mask);
485
486         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
487
488         return ret >> PAGE_SHIFT;
489 }
490
491 /*
492  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
493  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
494  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
495  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
496  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
497  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
498  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
499  *
500  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
501  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
502  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
503  */
504 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
505                                            unsigned long r_start,
506                                            unsigned long r_end)
507 {
508         unsigned long start_pfn, end_pfn;
509         unsigned long mapped_ram_size = 0;
510         int i;
511
512         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
513                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
514                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
515                 if (start >= end)
516                         continue;
517
518                 /*
519                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
520                  * alloc pgt buf from memblock instead.
521                  */
522                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
523                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
524                 init_memory_mapping(start, end);
525                 mapped_ram_size += end - start;
526                 can_use_brk_pgt = true;
527         }
528
529         return mapped_ram_size;
530 }
531
532 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
533 {
534         /*
535          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
536          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
537          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
538          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
539          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
540          * difference of page table level shifts.
541          *
542          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
543          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
544          * turns it into 0x100000000ULL.
545          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
546          * needs to be taken into consideration by the code below.
547          */
548         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
549 }
550
551 /**
552  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
553  * @map_start: start address of the target memory range
554  * @map_end: end address of the target memory range
555  *
556  * This function will setup direct mapping for memory range
557  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
558  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
559  * memory in top-down.
560  */
561 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
562                                        unsigned long map_end)
563 {
564         unsigned long real_end, start, last_start;
565         unsigned long step_size;
566         unsigned long addr;
567         unsigned long mapped_ram_size = 0;
568
569         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
570         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
571         real_end = addr + PMD_SIZE;
572
573         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
574         step_size = PMD_SIZE;
575         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
576         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
577         last_start = start = real_end;
578
579         /*
580          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
581          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
582          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
583          * for page table.
584          */
585         while (last_start > map_start) {
586                 if (last_start > step_size) {
587                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
588                         if (start < map_start)
589                                 start = map_start;
590                 } else
591                         start = map_start;
592                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
593                                                         last_start);
594                 last_start = start;
595                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
596                 if (mapped_ram_size >= step_size)
597                         step_size = get_new_step_size(step_size);
598         }
599
600         if (real_end < map_end)
601                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
602 }
603
604 /**
605  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
606  * @map_start: start address of the target memory range
607  * @map_end: end address of the target memory range
608  *
609  * This function will setup direct mapping for memory range
610  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
611  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
612  * be allocated just above the kernel and we map the memory
613  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
614  */
615 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
616                                         unsigned long map_end)
617 {
618         unsigned long next, start;
619         unsigned long mapped_ram_size = 0;
620         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
621         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
622
623         start = map_start;
624         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
625
626         /*
627          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
628          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
629          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
630          * for page table.
631          */
632         while (start < map_end) {
633                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
634                         next = round_up(start + 1, step_size);
635                         if (next > map_end)
636                                 next = map_end;
637                 } else {
638                         next = map_end;
639                 }
640
641                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
642                 start = next;
643
644                 if (mapped_ram_size >= step_size)
645                         step_size = get_new_step_size(step_size);
646         }
647 }
648
649 void __init init_mem_mapping(void)
650 {
651         unsigned long end;
652
653         pti_check_boottime_disable();
654         probe_page_size_mask();
655         setup_pcid();
656
657 #ifdef CONFIG_X86_64
658         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
659 #else
660         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
661 #endif
662
663         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
664         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
665
666         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
667         init_trampoline();
668
669         /*
670          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
671          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
672          */
673         if (memblock_bottom_up()) {
674                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
675
676                 /*
677                  * we need two separate calls here. This is because we want to
678                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
679                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
680                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
681                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
682                  */
683                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
684                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
685         } else {
686                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
687         }
688
689 #ifdef CONFIG_X86_64
690         if (max_pfn > max_low_pfn) {
691                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
692                 max_low_pfn = max_pfn;
693         }
694 #else
695         early_ioremap_page_table_range_init();
696 #endif
697
698         load_cr3(swapper_pg_dir);
699         __flush_tlb_all();
700
701         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
702
703         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
704 }
705
706 /*
707  * Initialize an mm_struct to be used during poking and a pointer to be used
708  * during patching.
709  */
710 void __init poking_init(void)
711 {
712         spinlock_t *ptl;
713         pte_t *ptep;
714
715         poking_mm = copy_init_mm();
716         BUG_ON(!poking_mm);
717
718         /*
719          * Randomize the poking address, but make sure that the following page
720          * will be mapped at the same PMD. We need 2 pages, so find space for 3,
721          * and adjust the address if the PMD ends after the first one.
722          */
723         poking_addr = TASK_UNMAPPED_BASE;
724         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE))
725                 poking_addr += (kaslr_get_random_long("Poking") & PAGE_MASK) %
726                         (TASK_SIZE - TASK_UNMAPPED_BASE - 3 * PAGE_SIZE);
727
728         if (((poking_addr + PAGE_SIZE) & ~PMD_MASK) == 0)
729                 poking_addr += PAGE_SIZE;
730
731         /*
732          * We need to trigger the allocation of the page-tables that will be
733          * needed for poking now. Later, poking may be performed in an atomic
734          * section, which might cause allocation to fail.
735          */
736         ptep = get_locked_pte(poking_mm, poking_addr, &ptl);
737         BUG_ON(!ptep);
738         pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
739 }
740
741 /*
742  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
743  * is valid. The argument is a physical page number.
744  *
745  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
746  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
747  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
748  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
749  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
750  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
751  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
752  */
753 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
754 {
755         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
756                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
757                         != REGION_DISJOINT) {
758                 /*
759                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
760                  * request that the page be shown as all zeros.
761                  */
762                 if (pagenr < 256)
763                         return 2;
764
765                 return 0;
766         }
767
768         /*
769          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
770          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
771          */
772         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
773                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
774                 if (pagenr < 256)
775                         return 1;
776
777                 return 0;
778         }
779
780         return 1;
781 }
782
783 void free_init_pages(const char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
784 {
785         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
786
787         /* Make sure boundaries are page aligned */
788         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
789         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
790
791         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
792                 begin = begin_aligned;
793                 end   = end_aligned;
794         }
795
796         if (begin >= end)
797                 return;
798
799         /*
800          * If debugging page accesses then do not free this memory but
801          * mark them not present - any buggy init-section access will
802          * create a kernel page fault:
803          */
804         if (debug_pagealloc_enabled()) {
805                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
806                         begin, end - 1);
807                 /*
808                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
809                  * corresponding pages will be unmapped.
810                  */
811                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
812                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
813         } else {
814                 /*
815                  * We just marked the kernel text read only above, now that
816                  * we are going to free part of that, we need to make that
817                  * writeable and non-executable first.
818                  */
819                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
820                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
821
822                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
823                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
824         }
825 }
826
827 /*
828  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
829  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
830  * right thing for either kind of address.
831  */
832 void free_kernel_image_pages(void *begin, void *end)
833 {
834         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
835         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
836         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
837
838
839         free_init_pages("unused kernel image", begin_ul, end_ul);
840
841         /*
842          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
843          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
844          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
845          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
846          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
847          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
848          * optimizations PTI is currently using.
849          *
850          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
851          * needed to access the freed pages.
852          *
853          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
854          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
855          */
856         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
857                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
858 }
859
860 void __weak mem_encrypt_free_decrypted_mem(void) { }
861
862 void __ref free_initmem(void)
863 {
864         e820__reallocate_tables();
865
866         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
867
868         free_kernel_image_pages(&__init_begin, &__init_end);
869 }
870
871 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
872 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
873 {
874         /*
875          * end could be not aligned, and We can not align that,
876          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
877          * We already reserve the end partial page before in
878          *   - i386_start_kernel()
879          *   - x86_64_start_kernel()
880          *   - relocate_initrd()
881          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
882          */
883         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
884 }
885 #endif
886
887 /*
888  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
889  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
890  * accurately.
891  *
892  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
893  * might benefit from this as well.
894  */
895 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
896 {
897 #ifdef CONFIG_X86_64
898         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
899         unsigned long start_pfn, end_pfn;
900         phys_addr_t start_addr, end_addr;
901         int i;
902         u64 u;
903
904         /*
905          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
906          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
907          */
908         nr_pages = 0;
909         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
910                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
911                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
912
913                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
914         }
915
916         /*
917          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
918          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
919          * pages at the beginning or the end of the range:
920          */
921         nr_free_pages = 0;
922         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
923                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
924                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
925
926                 if (start_pfn < end_pfn)
927                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
928         }
929
930         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
931 #endif
932 }
933
934 void __init zone_sizes_init(void)
935 {
936         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
937
938         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
939
940 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
941         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
942 #endif
943 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
944         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
945 #endif
946         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
947 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
948         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
949 #endif
950
951         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
952 }
953
954 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
955         .loaded_mm = &init_mm,
956         .next_asid = 1,
957         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
958 };
959 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_tlbstate);
960
961 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
962 {
963         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
964         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
965
966         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
967         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
968 }
969
970 #ifdef CONFIG_SWAP
971 unsigned long max_swapfile_size(void)
972 {
973         unsigned long pages;
974
975         pages = generic_max_swapfile_size();
976
977         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
978                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
979                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
980                 /*
981                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
982                  * which makes the usable limit higher.
983                  */
984 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
985                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
986 #endif
987                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
988         }
989         return pages;
990 }
991 #endif