GNU Linux-libre 4.19.264-gnu1
[releases.git] / arch / arm64 / mm / init.c
1 /*
2  * Based on arch/arm/mm/init.c
3  *
4  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
5  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
9  * published by the Free Software Foundation.
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19
20 #include <linux/kernel.h>
21 #include <linux/export.h>
22 #include <linux/errno.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/bootmem.h>
26 #include <linux/cache.h>
27 #include <linux/mman.h>
28 #include <linux/nodemask.h>
29 #include <linux/initrd.h>
30 #include <linux/gfp.h>
31 #include <linux/memblock.h>
32 #include <linux/sort.h>
33 #include <linux/of.h>
34 #include <linux/of_fdt.h>
35 #include <linux/dma-mapping.h>
36 #include <linux/dma-contiguous.h>
37 #include <linux/efi.h>
38 #include <linux/swiotlb.h>
39 #include <linux/vmalloc.h>
40 #include <linux/mm.h>
41 #include <linux/kexec.h>
42 #include <linux/crash_dump.h>
43
44 #include <asm/boot.h>
45 #include <asm/fixmap.h>
46 #include <asm/kasan.h>
47 #include <asm/kernel-pgtable.h>
48 #include <asm/memory.h>
49 #include <asm/numa.h>
50 #include <asm/sections.h>
51 #include <asm/setup.h>
52 #include <asm/sizes.h>
53 #include <asm/tlb.h>
54 #include <asm/alternative.h>
55
56 /*
57  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
58  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
59  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
60  * that cannot be mistaken for a real physical address.
61  */
62 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
63 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
64
65 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
66 static int __init early_initrd(char *p)
67 {
68         unsigned long start, size;
69         char *endp;
70
71         start = memparse(p, &endp);
72         if (*endp == ',') {
73                 size = memparse(endp + 1, NULL);
74
75                 initrd_start = start;
76                 initrd_end = start + size;
77         }
78         return 0;
79 }
80 early_param("initrd", early_initrd);
81 #endif
82
83 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
84 /*
85  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
86  *
87  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
88  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
89  * primary kernel is crashing.
90  */
91 static void __init reserve_crashkernel(void)
92 {
93         unsigned long long crash_base, crash_size;
94         int ret;
95
96         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
97                                 &crash_size, &crash_base);
98         /* no crashkernel= or invalid value specified */
99         if (ret || !crash_size)
100                 return;
101
102         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
103
104         if (crash_base == 0) {
105                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
106                 crash_base = memblock_find_in_range(0, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT,
107                                 crash_size, SZ_2M);
108                 if (crash_base == 0) {
109                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
110                                 crash_size);
111                         return;
112                 }
113         } else {
114                 /* User specifies base address explicitly. */
115                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
116                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
117                         return;
118                 }
119
120                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
121                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
122                         return;
123                 }
124
125                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
126                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
127                         return;
128                 }
129         }
130         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
131
132         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
133                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
134
135         crashk_res.start = crash_base;
136         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
137 }
138
139 static void __init kexec_reserve_crashkres_pages(void)
140 {
141 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
142         phys_addr_t addr;
143         struct page *page;
144
145         if (!crashk_res.end)
146                 return;
147
148         /*
149          * To reduce the size of hibernation image, all the pages are
150          * marked as Reserved initially.
151          */
152         for (addr = crashk_res.start; addr < (crashk_res.end + 1);
153                         addr += PAGE_SIZE) {
154                 page = phys_to_page(addr);
155                 SetPageReserved(page);
156         }
157 #endif
158 }
159 #else
160 static void __init reserve_crashkernel(void)
161 {
162 }
163
164 static void __init kexec_reserve_crashkres_pages(void)
165 {
166 }
167 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
168
169 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
170 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
171                 const char *uname, int depth, void *data)
172 {
173         const __be32 *reg;
174         int len;
175
176         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
177                 return 0;
178
179         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
180         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
181                 return 1;
182
183         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
184         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
185
186         return 1;
187 }
188
189 /*
190  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
191  *
192  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
193  * described in the device tree. This region contains all the
194  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
195  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
196  */
197 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
198 {
199         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
200
201         if (!elfcorehdr_size)
202                 return;
203
204         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
205                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
206                 return;
207         }
208
209         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
210
211         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
212                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
213 }
214 #else
215 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
216 {
217 }
218 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
219 /*
220  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA32 (DMA_BIT_MASK(32)). It
221  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
222  * use a DMA offset.
223  */
224 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
225 {
226         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
227         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
228 }
229
230 #ifdef CONFIG_NUMA
231
232 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
233 {
234         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
235
236 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
237         max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
238 #endif
239         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
240
241         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
242 }
243
244 #else
245
246 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
247 {
248         struct memblock_region *reg;
249         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
250         unsigned long max_dma = min;
251
252         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
253
254         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
255 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
256         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
257         zone_size[ZONE_DMA32] = max_dma - min;
258 #endif
259         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
260
261         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
262
263         for_each_memblock(memory, reg) {
264                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
265                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
266
267                 if (start >= max)
268                         continue;
269
270 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
271                 if (start < max_dma) {
272                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
273                         zhole_size[ZONE_DMA32] -= dma_end - start;
274                 }
275 #endif
276                 if (end > max_dma) {
277                         unsigned long normal_end = min(end, max);
278                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
279                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
280                 }
281         }
282
283         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
284 }
285
286 #endif /* CONFIG_NUMA */
287
288 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
289 int pfn_valid(unsigned long pfn)
290 {
291         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
292
293         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
294                 return 0;
295         return memblock_is_map_memory(addr);
296 }
297 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
298 #endif
299
300 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
301 static void __init arm64_memory_present(void)
302 {
303 }
304 #else
305 static void __init arm64_memory_present(void)
306 {
307         struct memblock_region *reg;
308
309         for_each_memblock(memory, reg) {
310                 int nid = memblock_get_region_node(reg);
311
312                 memory_present(nid, memblock_region_memory_base_pfn(reg),
313                                 memblock_region_memory_end_pfn(reg));
314         }
315 }
316 #endif
317
318 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
319
320 /*
321  * Limit the memory size that was specified via FDT.
322  */
323 static int __init early_mem(char *p)
324 {
325         if (!p)
326                 return 1;
327
328         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
329         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
330
331         return 0;
332 }
333 early_param("mem", early_mem);
334
335 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
336                 const char *uname, int depth, void *data)
337 {
338         struct memblock_region *usablemem = data;
339         const __be32 *reg;
340         int len;
341
342         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
343                 return 0;
344
345         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
346         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
347                 return 1;
348
349         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
350         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
351
352         return 1;
353 }
354
355 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
356 {
357         struct memblock_region reg = {
358                 .size = 0,
359         };
360
361         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
362
363         if (reg.size)
364                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
365 }
366
367 void __init arm64_memblock_init(void)
368 {
369         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
370
371         /* Handle linux,usable-memory-range property */
372         fdt_enforce_memory_region();
373
374         /* Remove memory above our supported physical address size */
375         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
376
377         /*
378          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
379          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
380          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
381          */
382         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
383
384         /*
385          * Select a suitable value for the base of physical memory.
386          */
387         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
388                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
389
390         /*
391          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
392          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
393          * high in memory.
394          */
395         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
396                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
397         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
398                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
399                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
400                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
401                 memblock_remove(0, memstart_addr);
402         }
403
404         /*
405          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
406          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
407          * via the linear mapping.
408          */
409         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
410                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
411                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
412         }
413
414         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && initrd_start) {
415                 /*
416                  * Add back the memory we just removed if it results in the
417                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
418                  * Otherwise, this is a no-op
419                  */
420                 u64 base = initrd_start & PAGE_MASK;
421                 u64 size = PAGE_ALIGN(initrd_end) - base;
422
423                 /*
424                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
425                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
426                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
427                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
428                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
429                  * always access both.
430                  */
431                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
432                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
433                                        linear_region_size,
434                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
435                         initrd_start = 0;
436                 } else {
437                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
438                         memblock_add(base, size);
439                         memblock_reserve(base, size);
440                 }
441         }
442
443         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
444                 extern u16 memstart_offset_seed;
445                 u64 range = linear_region_size -
446                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
447
448                 /*
449                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
450                  * margin, the size of the region that the available physical
451                  * memory spans, randomize the linear region as well.
452                  */
453                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
454                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
455                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
456                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
457                 }
458         }
459
460         /*
461          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
462          * pagetables with memblock.
463          */
464         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
465 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
466         if (initrd_start) {
467                 memblock_reserve(initrd_start, initrd_end - initrd_start);
468
469                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
470                 initrd_start = __phys_to_virt(initrd_start);
471                 initrd_end = __phys_to_virt(initrd_end);
472         }
473 #endif
474
475         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
476
477         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
478         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
479                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
480         else
481                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
482
483         reserve_crashkernel();
484
485         reserve_elfcorehdr();
486
487         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
488
489         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
490
491         memblock_allow_resize();
492 }
493
494 void __init bootmem_init(void)
495 {
496         unsigned long min, max;
497
498         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
499         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
500
501         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
502
503         max_pfn = max_low_pfn = max;
504
505         arm64_numa_init();
506         /*
507          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
508          * done after the fixed reservations.
509          */
510         arm64_memory_present();
511
512         sparse_init();
513         zone_sizes_init(min, max);
514
515         memblock_dump_all();
516 }
517
518 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
519 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
520 {
521         struct page *start_pg, *end_pg;
522         unsigned long pg, pgend;
523
524         /*
525          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
526          */
527         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
528         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
529
530         /*
531          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
532          * downwards.
533          */
534         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
535         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
536
537         /*
538          * If there are free pages between these, free the section of the
539          * memmap array.
540          */
541         if (pg < pgend)
542                 free_bootmem(pg, pgend - pg);
543 }
544
545 /*
546  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
547  */
548 static void __init free_unused_memmap(void)
549 {
550         unsigned long start, prev_end = 0;
551         struct memblock_region *reg;
552
553         for_each_memblock(memory, reg) {
554                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
555
556 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
557                 /*
558                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
559                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
560                  */
561                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
562 #endif
563                 /*
564                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
565                  * current bank and the previous, free it.
566                  */
567                 if (prev_end && prev_end < start)
568                         free_memmap(prev_end, start);
569
570                 /*
571                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
572                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
573                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
574                  */
575                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
576                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
577         }
578
579 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
580         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
581                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
582 #endif
583 }
584 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
585
586 /*
587  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
588  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
589  * memory after the kernel image.
590  */
591 void __init mem_init(void)
592 {
593         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
594             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
595                 swiotlb_init(1);
596         else
597                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
598
599         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
600
601 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
602         free_unused_memmap();
603 #endif
604         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
605         free_all_bootmem();
606
607         kexec_reserve_crashkres_pages();
608
609         mem_init_print_info(NULL);
610
611         /*
612          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
613          * detected at build time already.
614          */
615 #ifdef CONFIG_COMPAT
616         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32                       > TASK_SIZE_64);
617 #endif
618
619 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
620         /*
621          * Make sure we chose the upper bound of sizeof(struct page)
622          * correctly when sizing the VMEMMAP array.
623          */
624         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct page) > (1 << STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT));
625 #endif
626
627         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
628                 extern int sysctl_overcommit_memory;
629                 /*
630                  * On a machine this small we won't get anywhere without
631                  * overcommit, so turn it on by default.
632                  */
633                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
634         }
635 }
636
637 void free_initmem(void)
638 {
639         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
640                            lm_alias(__init_end),
641                            0, "unused kernel");
642         /*
643          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
644          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
645          * is not supported by kallsyms.
646          */
647         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
648 }
649
650 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
651
652 static int keep_initrd __initdata;
653
654 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
655 {
656         if (!keep_initrd) {
657                 free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
658                 memblock_free(__virt_to_phys(start), end - start);
659         }
660 }
661
662 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
663 {
664         keep_initrd = 1;
665         return 1;
666 }
667
668 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
669 #endif
670
671 /*
672  * Dump out memory limit information on panic.
673  */
674 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
675 {
676         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
677                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
678         } else {
679                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
680         }
681         return 0;
682 }
683
684 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
685         .notifier_call = dump_mem_limit,
686 };
687
688 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
689 {
690         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
691                                        &mem_limit_notifier);
692         return 0;
693 }
694 __initcall(register_mem_limit_dumper);