arch/arm64/mm/mmu.c

   1 /*
   2  * Based on arch/arm/mm/mmu.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/cache.h>
  21 #include <linux/export.h>
  22 #include <linux/kernel.h>
  23 #include <linux/errno.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/ioport.h>
  26 #include <linux/kexec.h>
  27 #include <linux/libfdt.h>
  28 #include <linux/mman.h>
  29 #include <linux/nodemask.h>
  30 #include <linux/memblock.h>
  31 #include <linux/fs.h>
  32 #include <linux/io.h>
  33 #include <linux/mm.h>
  34 #include <linux/vmalloc.h>
  35
  36 #include <asm/barrier.h>
  37 #include <asm/cputype.h>
  38 #include <asm/fixmap.h>
  39 #include <asm/kasan.h>
  40 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  41 #include <asm/sections.h>
  42 #include <asm/setup.h>
  43 #include <asm/sizes.h>
  44 #include <asm/tlb.h>
  45 #include <asm/memblock.h>
  46 #include <asm/mmu_context.h>
  47 #include <asm/ptdump.h>
  48 #include <asm/tlbflush.h>
  49
  50 #define NO_BLOCK_MAPPINGS       BIT(0)
  51 #define NO_CONT_MAPPINGS        BIT(1)
  52
  53 u64 idmap_t0sz = TCR_T0SZ(VA_BITS);
  54 u64 idmap_ptrs_per_pgd = PTRS_PER_PGD;
  55
  56 u64 kimage_voffset __ro_after_init;
  57 EXPORT_SYMBOL(kimage_voffset);
  58
  59 /*
  60  * Empty_zero_page is a special page that is used for zero-initialized data
  61  * and COW.
  62  */
  63 unsigned long empty_zero_page[PAGE_SIZE / sizeof(unsigned long)] __page_aligned_bss;
  64 EXPORT_SYMBOL(empty_zero_page);
  65
  66 static pte_t bm_pte[PTRS_PER_PTE] __page_aligned_bss;
  67 static pmd_t bm_pmd[PTRS_PER_PMD] __page_aligned_bss __maybe_unused;
  68 static pud_t bm_pud[PTRS_PER_PUD] __page_aligned_bss __maybe_unused;
  69
  70 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
  71                               unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
  72 {
  73         if (!pfn_valid(pfn))
  74                 return pgprot_noncached(vma_prot);
  75         else if (file->f_flags & O_SYNC)
  76                 return pgprot_writecombine(vma_prot);
  77         return vma_prot;
  78 }
  79 EXPORT_SYMBOL(phys_mem_access_prot);
  80
  81 static phys_addr_t __init early_pgtable_alloc(void)
  82 {
  83         phys_addr_t phys;
  84         void *ptr;
  85
  86         phys = memblock_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
  87
  88         /*
  89          * The FIX_{PGD,PUD,PMD} slots may be in active use, but the FIX_PTE
  90          * slot will be free, so we can (ab)use the FIX_PTE slot to initialise
  91          * any level of table.
  92          */
  93         ptr = pte_set_fixmap(phys);
  94
  95         memset(ptr, 0, PAGE_SIZE);
  96
  97         /*
  98          * Implicit barriers also ensure the zeroed page is visible to the page
  99          * table walker
 100          */
 101         pte_clear_fixmap();
 102
 103         return phys;
 104 }
 105
 106 static bool pgattr_change_is_safe(u64 old, u64 new)
 107 {
 108         /*
 109          * The following mapping attributes may be updated in live
 110          * kernel mappings without the need for break-before-make.
 111          */
 112         static const pteval_t mask = PTE_PXN | PTE_RDONLY | PTE_WRITE | PTE_NG;
 113
 114         /* creating or taking down mappings is always safe */
 115         if (old == 0 || new == 0)
 116                 return true;
 117
 118         /* live contiguous mappings may not be manipulated at all */
 119         if ((old | new) & PTE_CONT)
 120                 return false;
 121
 122         /* Transitioning from Non-Global to Global is unsafe */
 123         if (old & ~new & PTE_NG)
 124                 return false;
 125
 126         return ((old ^ new) & ~mask) == 0;
 127 }
 128
 129 static void init_pte(pmd_t *pmdp, unsigned long addr, unsigned long end,
 130                      phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 131 {
 132         pte_t *ptep;
 133
 134         ptep = pte_set_fixmap_offset(pmdp, addr);
 135         do {
 136                 pte_t old_pte = READ_ONCE(*ptep);
 137
 138                 set_pte(ptep, pfn_pte(__phys_to_pfn(phys), prot));
 139
 140                 /*
 141                  * After the PTE entry has been populated once, we
 142                  * only allow updates to the permission attributes.
 143                  */
 144                 BUG_ON(!pgattr_change_is_safe(pte_val(old_pte),
 145                                               READ_ONCE(pte_val(*ptep))));
 146
 147                 phys += PAGE_SIZE;
 148         } while (ptep++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 149
 150         pte_clear_fixmap();
 151 }
 152
 153 static void alloc_init_cont_pte(pmd_t *pmdp, unsigned long addr,
 154                                 unsigned long end, phys_addr_t phys,
 155                                 pgprot_t prot,
 156                                 phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void),
 157                                 int flags)
 158 {
 159         unsigned long next;
 160         pmd_t pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 161
 162         BUG_ON(pmd_sect(pmd));
 163         if (pmd_none(pmd)) {
 164                 phys_addr_t pte_phys;
 165                 BUG_ON(!pgtable_alloc);
 166                 pte_phys = pgtable_alloc();
 167                 __pmd_populate(pmdp, pte_phys, PMD_TYPE_TABLE);
 168                 pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 169         }
 170         BUG_ON(pmd_bad(pmd));
 171
 172         do {
 173                 pgprot_t __prot = prot;
 174
 175                 next = pte_cont_addr_end(addr, end);
 176
 177                 /* use a contiguous mapping if the range is suitably aligned */
 178                 if ((((addr | next | phys) & ~CONT_PTE_MASK) == 0) &&
 179                     (flags & NO_CONT_MAPPINGS) == 0)
 180                         __prot = __pgprot(pgprot_val(prot) | PTE_CONT);
 181
 182                 init_pte(pmdp, addr, next, phys, __prot);
 183
 184                 phys += next - addr;
 185         } while (addr = next, addr != end);
 186 }
 187
 188 static void init_pmd(pud_t *pudp, unsigned long addr, unsigned long end,
 189                      phys_addr_t phys, pgprot_t prot,
 190                      phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void), int flags)
 191 {
 192         unsigned long next;
 193         pmd_t *pmdp;
 194
 195         pmdp = pmd_set_fixmap_offset(pudp, addr);
 196         do {
 197                 pmd_t old_pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 198
 199                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 200
 201                 /* try section mapping first */
 202                 if (((addr | next | phys) & ~SECTION_MASK) == 0 &&
 203                     (flags & NO_BLOCK_MAPPINGS) == 0) {
 204                         pmd_set_huge(pmdp, phys, prot);
 205
 206                         /*
 207                          * After the PMD entry has been populated once, we
 208                          * only allow updates to the permission attributes.
 209                          */
 210                         BUG_ON(!pgattr_change_is_safe(pmd_val(old_pmd),
 211                                                       READ_ONCE(pmd_val(*pmdp))));
 212                 } else {
 213                         alloc_init_cont_pte(pmdp, addr, next, phys, prot,
 214                                             pgtable_alloc, flags);
 215
 216                         BUG_ON(pmd_val(old_pmd) != 0 &&
 217                                pmd_val(old_pmd) != READ_ONCE(pmd_val(*pmdp)));
 218                 }
 219                 phys += next - addr;
 220         } while (pmdp++, addr = next, addr != end);
 221
 222         pmd_clear_fixmap();
 223 }
 224
 225 static void alloc_init_cont_pmd(pud_t *pudp, unsigned long addr,
 226                                 unsigned long end, phys_addr_t phys,
 227                                 pgprot_t prot,
 228                                 phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void), int flags)
 229 {
 230         unsigned long next;
 231         pud_t pud = READ_ONCE(*pudp);
 232
 233         /*
 234          * Check for initial section mappings in the pgd/pud.
 235          */
 236         BUG_ON(pud_sect(pud));
 237         if (pud_none(pud)) {
 238                 phys_addr_t pmd_phys;
 239                 BUG_ON(!pgtable_alloc);
 240                 pmd_phys = pgtable_alloc();
 241                 __pud_populate(pudp, pmd_phys, PUD_TYPE_TABLE);
 242                 pud = READ_ONCE(*pudp);
 243         }
 244         BUG_ON(pud_bad(pud));
 245
 246         do {
 247                 pgprot_t __prot = prot;
 248
 249                 next = pmd_cont_addr_end(addr, end);
 250
 251                 /* use a contiguous mapping if the range is suitably aligned */
 252                 if ((((addr | next | phys) & ~CONT_PMD_MASK) == 0) &&
 253                     (flags & NO_CONT_MAPPINGS) == 0)
 254                         __prot = __pgprot(pgprot_val(prot) | PTE_CONT);
 255
 256                 init_pmd(pudp, addr, next, phys, __prot, pgtable_alloc, flags);
 257
 258                 phys += next - addr;
 259         } while (addr = next, addr != end);
 260 }
 261
 262 static inline bool use_1G_block(unsigned long addr, unsigned long next,
 263                         unsigned long phys)
 264 {
 265         if (PAGE_SHIFT != 12)
 266                 return false;
 267
 268         if (((addr | next | phys) & ~PUD_MASK) != 0)
 269                 return false;
 270
 271         return true;
 272 }
 273
 274 static void alloc_init_pud(pgd_t *pgdp, unsigned long addr, unsigned long end,
 275                            phys_addr_t phys, pgprot_t prot,
 276                            phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void),
 277                            int flags)
 278 {
 279         unsigned long next;
 280         pud_t *pudp;
 281         pgd_t pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 282
 283         if (pgd_none(pgd)) {
 284                 phys_addr_t pud_phys;
 285                 BUG_ON(!pgtable_alloc);
 286                 pud_phys = pgtable_alloc();
 287                 __pgd_populate(pgdp, pud_phys, PUD_TYPE_TABLE);
 288                 pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 289         }
 290         BUG_ON(pgd_bad(pgd));
 291
 292         pudp = pud_set_fixmap_offset(pgdp, addr);
 293         do {
 294                 pud_t old_pud = READ_ONCE(*pudp);
 295
 296                 next = pud_addr_end(addr, end);
 297
 298                 /*
 299                  * For 4K granule only, attempt to put down a 1GB block
 300                  */
 301                 if (use_1G_block(addr, next, phys) &&
 302                     (flags & NO_BLOCK_MAPPINGS) == 0) {
 303                         pud_set_huge(pudp, phys, prot);
 304
 305                         /*
 306                          * After the PUD entry has been populated once, we
 307                          * only allow updates to the permission attributes.
 308                          */
 309                         BUG_ON(!pgattr_change_is_safe(pud_val(old_pud),
 310                                                       READ_ONCE(pud_val(*pudp))));
 311                 } else {
 312                         alloc_init_cont_pmd(pudp, addr, next, phys, prot,
 313                                             pgtable_alloc, flags);
 314
 315                         BUG_ON(pud_val(old_pud) != 0 &&
 316                                pud_val(old_pud) != READ_ONCE(pud_val(*pudp)));
 317                 }
 318                 phys += next - addr;
 319         } while (pudp++, addr = next, addr != end);
 320
 321         pud_clear_fixmap();
 322 }
 323
 324 static void __create_pgd_mapping(pgd_t *pgdir, phys_addr_t phys,
 325                                  unsigned long virt, phys_addr_t size,
 326                                  pgprot_t prot,
 327                                  phys_addr_t (*pgtable_alloc)(void),
 328                                  int flags)
 329 {
 330         unsigned long addr, length, end, next;
 331         pgd_t *pgdp = pgd_offset_raw(pgdir, virt);
 332
 333         /*
 334          * If the virtual and physical address don't have the same offset
 335          * within a page, we cannot map the region as the caller expects.
 336          */
 337         if (WARN_ON((phys ^ virt) & ~PAGE_MASK))
 338                 return;
 339
 340         phys &= PAGE_MASK;
 341         addr = virt & PAGE_MASK;
 342         length = PAGE_ALIGN(size + (virt & ~PAGE_MASK));
 343
 344         end = addr + length;
 345         do {
 346                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 347                 alloc_init_pud(pgdp, addr, next, phys, prot, pgtable_alloc,
 348                                flags);
 349                 phys += next - addr;
 350         } while (pgdp++, addr = next, addr != end);
 351 }
 352
 353 static phys_addr_t pgd_pgtable_alloc(void)
 354 {
 355         void *ptr = (void *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 356         if (!ptr || !pgtable_page_ctor(virt_to_page(ptr)))
 357                 BUG();
 358
 359         /* Ensure the zeroed page is visible to the page table walker */
 360         dsb(ishst);
 361         return __pa(ptr);
 362 }
 363
 364 /*
 365  * This function can only be used to modify existing table entries,
 366  * without allocating new levels of table. Note that this permits the
 367  * creation of new section or page entries.
 368  */
 369 static void __init create_mapping_noalloc(phys_addr_t phys, unsigned long virt,
 370                                   phys_addr_t size, pgprot_t prot)
 371 {
 372         if (virt < VMALLOC_START) {
 373                 pr_warn("BUG: not creating mapping for %pa at 0x%016lx - outside kernel range\n",
 374                         &phys, virt);
 375                 return;
 376         }
 377         __create_pgd_mapping(init_mm.pgd, phys, virt, size, prot, NULL,
 378                              NO_CONT_MAPPINGS);
 379 }
 380
 381 void __init create_pgd_mapping(struct mm_struct *mm, phys_addr_t phys,
 382                                unsigned long virt, phys_addr_t size,
 383                                pgprot_t prot, bool page_mappings_only)
 384 {
 385         int flags = 0;
 386
 387         BUG_ON(mm == &init_mm);
 388
 389         if (page_mappings_only)
 390                 flags = NO_BLOCK_MAPPINGS | NO_CONT_MAPPINGS;
 391
 392         __create_pgd_mapping(mm->pgd, phys, virt, size, prot,
 393                              pgd_pgtable_alloc, flags);
 394 }
 395
 396 static void update_mapping_prot(phys_addr_t phys, unsigned long virt,
 397                                 phys_addr_t size, pgprot_t prot)
 398 {
 399         if (virt < VMALLOC_START) {
 400                 pr_warn("BUG: not updating mapping for %pa at 0x%016lx - outside kernel range\n",
 401                         &phys, virt);
 402                 return;
 403         }
 404
 405         __create_pgd_mapping(init_mm.pgd, phys, virt, size, prot, NULL,
 406                              NO_CONT_MAPPINGS);
 407
 408         /* flush the TLBs after updating live kernel mappings */
 409         flush_tlb_kernel_range(virt, virt + size);
 410 }
 411
 412 static void __init __map_memblock(pgd_t *pgdp, phys_addr_t start,
 413                                   phys_addr_t end, pgprot_t prot, int flags)
 414 {
 415         __create_pgd_mapping(pgdp, start, __phys_to_virt(start), end - start,
 416                              prot, early_pgtable_alloc, flags);
 417 }
 418
 419 void __init mark_linear_text_alias_ro(void)
 420 {
 421         /*
 422          * Remove the write permissions from the linear alias of .text/.rodata
 423          */
 424         update_mapping_prot(__pa_symbol(_text), (unsigned long)lm_alias(_text),
 425                             (unsigned long)__init_begin - (unsigned long)_text,
 426                             PAGE_KERNEL_RO);
 427 }
 428
 429 static void __init map_mem(pgd_t *pgdp)
 430 {
 431         phys_addr_t kernel_start = __pa_symbol(_text);
 432         phys_addr_t kernel_end = __pa_symbol(__init_begin);
 433         struct memblock_region *reg;
 434         int flags = 0;
 435
 436         if (debug_pagealloc_enabled())
 437                 flags = NO_BLOCK_MAPPINGS | NO_CONT_MAPPINGS;
 438
 439         /*
 440          * Take care not to create a writable alias for the
 441          * read-only text and rodata sections of the kernel image.
 442          * So temporarily mark them as NOMAP to skip mappings in
 443          * the following for-loop
 444          */
 445         memblock_mark_nomap(kernel_start, kernel_end - kernel_start);
 446 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
 447         if (crashk_res.end)
 448                 memblock_mark_nomap(crashk_res.start,
 449                                     resource_size(&crashk_res));
 450 #endif
 451
 452         /* map all the memory banks */
 453         for_each_memblock(memory, reg) {
 454                 phys_addr_t start = reg->base;
 455                 phys_addr_t end = start + reg->size;
 456
 457                 if (start >= end)
 458                         break;
 459                 if (memblock_is_nomap(reg))
 460                         continue;
 461
 462                 __map_memblock(pgdp, start, end, PAGE_KERNEL, flags);
 463         }
 464
 465         /*
 466          * Map the linear alias of the [_text, __init_begin) interval
 467          * as non-executable now, and remove the write permission in
 468          * mark_linear_text_alias_ro() below (which will be called after
 469          * alternative patching has completed). This makes the contents
 470          * of the region accessible to subsystems such as hibernate,
 471          * but protects it from inadvertent modification or execution.
 472          * Note that contiguous mappings cannot be remapped in this way,
 473          * so we should avoid them here.
 474          */
 475         __map_memblock(pgdp, kernel_start, kernel_end,
 476                        PAGE_KERNEL, NO_CONT_MAPPINGS);
 477         memblock_clear_nomap(kernel_start, kernel_end - kernel_start);
 478
 479 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
 480         /*
 481          * Use page-level mappings here so that we can shrink the region
 482          * in page granularity and put back unused memory to buddy system
 483          * through /sys/kernel/kexec_crash_size interface.
 484          */
 485         if (crashk_res.end) {
 486                 __map_memblock(pgdp, crashk_res.start, crashk_res.end + 1,
 487                                PAGE_KERNEL,
 488                                NO_BLOCK_MAPPINGS | NO_CONT_MAPPINGS);
 489                 memblock_clear_nomap(crashk_res.start,
 490                                      resource_size(&crashk_res));
 491         }
 492 #endif
 493 }
 494
 495 void mark_rodata_ro(void)
 496 {
 497         unsigned long section_size;
 498
 499         /*
 500          * mark .rodata as read only. Use __init_begin rather than __end_rodata
 501          * to cover NOTES and EXCEPTION_TABLE.
 502          */
 503         section_size = (unsigned long)__init_begin - (unsigned long)__start_rodata;
 504         update_mapping_prot(__pa_symbol(__start_rodata), (unsigned long)__start_rodata,
 505                             section_size, PAGE_KERNEL_RO);
 506
 507         debug_checkwx();
 508 }
 509
 510 static void __init map_kernel_segment(pgd_t *pgdp, void *va_start, void *va_end,
 511                                       pgprot_t prot, struct vm_struct *vma,
 512                                       int flags, unsigned long vm_flags)
 513 {
 514         phys_addr_t pa_start = __pa_symbol(va_start);
 515         unsigned long size = va_end - va_start;
 516
 517         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(pa_start));
 518         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(size));
 519
 520         __create_pgd_mapping(pgdp, pa_start, (unsigned long)va_start, size, prot,
 521                              early_pgtable_alloc, flags);
 522
 523         if (!(vm_flags & VM_NO_GUARD))
 524                 size += PAGE_SIZE;
 525
 526         vma->addr       = va_start;
 527         vma->phys_addr  = pa_start;
 528         vma->size       = size;
 529         vma->flags      = VM_MAP | vm_flags;
 530         vma->caller     = __builtin_return_address(0);
 531
 532         vm_area_add_early(vma);
 533 }
 534
 535 static int __init parse_rodata(char *arg)
 536 {
 537         return strtobool(arg, &rodata_enabled);
 538 }
 539 early_param("rodata", parse_rodata);
 540
 541 #ifdef CONFIG_UNMAP_KERNEL_AT_EL0
 542 static int __init map_entry_trampoline(void)
 543 {
 544         int i;
 545
 546         pgprot_t prot = rodata_enabled ? PAGE_KERNEL_ROX : PAGE_KERNEL_EXEC;
 547         phys_addr_t pa_start = __pa_symbol(__entry_tramp_text_start);
 548
 549         /* The trampoline is always mapped and can therefore be global */
 550         pgprot_val(prot) &= ~PTE_NG;
 551
 552         /* Map only the text into the trampoline page table */
 553         memset(tramp_pg_dir, 0, PGD_SIZE);
 554         __create_pgd_mapping(tramp_pg_dir, pa_start, TRAMP_VALIAS,
 555                              entry_tramp_text_size(), prot, pgd_pgtable_alloc,
 556                              0);
 557
 558         /* Map both the text and data into the kernel page table */
 559         for (i = 0; i < DIV_ROUND_UP(entry_tramp_text_size(), PAGE_SIZE); i++)
 560                 __set_fixmap(FIX_ENTRY_TRAMP_TEXT1 - i,
 561                              pa_start + i * PAGE_SIZE, prot);
 562
 563         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 564                 extern char __entry_tramp_data_start[];
 565
 566                 __set_fixmap(FIX_ENTRY_TRAMP_DATA,
 567                              __pa_symbol(__entry_tramp_data_start),
 568                              PAGE_KERNEL_RO);
 569         }
 570
 571         return 0;
 572 }
 573 core_initcall(map_entry_trampoline);
 574 #endif
 575
 576 /*
 577  * Create fine-grained mappings for the kernel.
 578  */
 579 static void __init map_kernel(pgd_t *pgdp)
 580 {
 581         static struct vm_struct vmlinux_text, vmlinux_rodata, vmlinux_inittext,
 582                                 vmlinux_initdata, vmlinux_data;
 583
 584         /*
 585          * External debuggers may need to write directly to the text
 586          * mapping to install SW breakpoints. Allow this (only) when
 587          * explicitly requested with rodata=off.
 588          */
 589         pgprot_t text_prot = rodata_enabled ? PAGE_KERNEL_ROX : PAGE_KERNEL_EXEC;
 590
 591         /*
 592          * Only rodata will be remapped with different permissions later on,
 593          * all other segments are allowed to use contiguous mappings.
 594          */
 595         map_kernel_segment(pgdp, _text, _etext, text_prot, &vmlinux_text, 0,
 596                            VM_NO_GUARD);
 597         map_kernel_segment(pgdp, __start_rodata, __inittext_begin, PAGE_KERNEL,
 598                            &vmlinux_rodata, NO_CONT_MAPPINGS, VM_NO_GUARD);
 599         map_kernel_segment(pgdp, __inittext_begin, __inittext_end, text_prot,
 600                            &vmlinux_inittext, 0, VM_NO_GUARD);
 601         map_kernel_segment(pgdp, __initdata_begin, __initdata_end, PAGE_KERNEL,
 602                            &vmlinux_initdata, 0, VM_NO_GUARD);
 603         map_kernel_segment(pgdp, _data, _end, PAGE_KERNEL, &vmlinux_data, 0, 0);
 604
 605         if (!READ_ONCE(pgd_val(*pgd_offset_raw(pgdp, FIXADDR_START)))) {
 606                 /*
 607                  * The fixmap falls in a separate pgd to the kernel, and doesn't
 608                  * live in the carveout for the swapper_pg_dir. We can simply
 609                  * re-use the existing dir for the fixmap.
 610                  */
 611                 set_pgd(pgd_offset_raw(pgdp, FIXADDR_START),
 612                         READ_ONCE(*pgd_offset_k(FIXADDR_START)));
 613         } else if (CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3) {
 614                 /*
 615                  * The fixmap shares its top level pgd entry with the kernel
 616                  * mapping. This can really only occur when we are running
 617                  * with 16k/4 levels, so we can simply reuse the pud level
 618                  * entry instead.
 619                  */
 620                 BUG_ON(!IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_16K_PAGES));
 621                 pud_populate(&init_mm,
 622                              pud_set_fixmap_offset(pgdp, FIXADDR_START),
 623                              lm_alias(bm_pmd));
 624                 pud_clear_fixmap();
 625         } else {
 626                 BUG();
 627         }
 628
 629         kasan_copy_shadow(pgdp);
 630 }
 631
 632 /*
 633  * paging_init() sets up the page tables, initialises the zone memory
 634  * maps and sets up the zero page.
 635  */
 636 void __init paging_init(void)
 637 {
 638         phys_addr_t pgd_phys = early_pgtable_alloc();
 639         pgd_t *pgdp = pgd_set_fixmap(pgd_phys);
 640
 641         map_kernel(pgdp);
 642         map_mem(pgdp);
 643
 644         /*
 645          * We want to reuse the original swapper_pg_dir so we don't have to
 646          * communicate the new address to non-coherent secondaries in
 647          * secondary_entry, and so cpu_switch_mm can generate the address with
 648          * adrp+add rather than a load from some global variable.
 649          *
 650          * To do this we need to go via a temporary pgd.
 651          */
 652         cpu_replace_ttbr1(__va(pgd_phys));
 653         memcpy(swapper_pg_dir, pgdp, PGD_SIZE);
 654         cpu_replace_ttbr1(lm_alias(swapper_pg_dir));
 655
 656         pgd_clear_fixmap();
 657         memblock_free(pgd_phys, PAGE_SIZE);
 658
 659         /*
 660          * We only reuse the PGD from the swapper_pg_dir, not the pud + pmd
 661          * allocated with it.
 662          */
 663         memblock_free(__pa_symbol(swapper_pg_dir) + PAGE_SIZE,
 664                       __pa_symbol(swapper_pg_end) - __pa_symbol(swapper_pg_dir)
 665                       - PAGE_SIZE);
 666 }
 667
 668 /*
 669  * Check whether a kernel address is valid (derived from arch/x86/).
 670  */
 671 int kern_addr_valid(unsigned long addr)
 672 {
 673         pgd_t *pgdp;
 674         pud_t *pudp, pud;
 675         pmd_t *pmdp, pmd;
 676         pte_t *ptep, pte;
 677
 678         if ((((long)addr) >> VA_BITS) != -1UL)
 679                 return 0;
 680
 681         pgdp = pgd_offset_k(addr);
 682         if (pgd_none(READ_ONCE(*pgdp)))
 683                 return 0;
 684
 685         pudp = pud_offset(pgdp, addr);
 686         pud = READ_ONCE(*pudp);
 687         if (pud_none(pud))
 688                 return 0;
 689
 690         if (pud_sect(pud))
 691                 return pfn_valid(pud_pfn(pud));
 692
 693         pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 694         pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 695         if (pmd_none(pmd))
 696                 return 0;
 697
 698         if (pmd_sect(pmd))
 699                 return pfn_valid(pmd_pfn(pmd));
 700
 701         ptep = pte_offset_kernel(pmdp, addr);
 702         pte = READ_ONCE(*ptep);
 703         if (pte_none(pte))
 704                 return 0;
 705
 706         return pfn_valid(pte_pfn(pte));
 707 }
 708 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 709 #if !ARM64_SWAPPER_USES_SECTION_MAPS
 710 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
 711                 struct vmem_altmap *altmap)
 712 {
 713         return vmemmap_populate_basepages(start, end, node);
 714 }
 715 #else   /* !ARM64_SWAPPER_USES_SECTION_MAPS */
 716 int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
 717                 struct vmem_altmap *altmap)
 718 {
 719         unsigned long addr = start;
 720         unsigned long next;
 721         pgd_t *pgdp;
 722         pud_t *pudp;
 723         pmd_t *pmdp;
 724
 725         do {
 726                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 727
 728                 pgdp = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
 729                 if (!pgdp)
 730                         return -ENOMEM;
 731
 732                 pudp = vmemmap_pud_populate(pgdp, addr, node);
 733                 if (!pudp)
 734                         return -ENOMEM;
 735
 736                 pmdp = pmd_offset(pudp, addr);
 737                 if (pmd_none(READ_ONCE(*pmdp))) {
 738                         void *p = NULL;
 739
 740                         p = vmemmap_alloc_block_buf(PMD_SIZE, node);
 741                         if (!p)
 742                                 return -ENOMEM;
 743
 744                         pmd_set_huge(pmdp, __pa(p), __pgprot(PROT_SECT_NORMAL));
 745                 } else
 746                         vmemmap_verify((pte_t *)pmdp, node, addr, next);
 747         } while (addr = next, addr != end);
 748
 749         return 0;
 750 }
 751 #endif  /* CONFIG_ARM64_64K_PAGES */
 752 void vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end,
 753                 struct vmem_altmap *altmap)
 754 {
 755 }
 756 #endif  /* CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 757
 758 static inline pud_t * fixmap_pud(unsigned long addr)
 759 {
 760         pgd_t *pgdp = pgd_offset_k(addr);
 761         pgd_t pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 762
 763         BUG_ON(pgd_none(pgd) || pgd_bad(pgd));
 764
 765         return pud_offset_kimg(pgdp, addr);
 766 }
 767
 768 static inline pmd_t * fixmap_pmd(unsigned long addr)
 769 {
 770         pud_t *pudp = fixmap_pud(addr);
 771         pud_t pud = READ_ONCE(*pudp);
 772
 773         BUG_ON(pud_none(pud) || pud_bad(pud));
 774
 775         return pmd_offset_kimg(pudp, addr);
 776 }
 777
 778 static inline pte_t * fixmap_pte(unsigned long addr)
 779 {
 780         return &bm_pte[pte_index(addr)];
 781 }
 782
 783 /*
 784  * The p*d_populate functions call virt_to_phys implicitly so they can't be used
 785  * directly on kernel symbols (bm_p*d). This function is called too early to use
 786  * lm_alias so __p*d_populate functions must be used to populate with the
 787  * physical address from __pa_symbol.
 788  */
 789 void __init early_fixmap_init(void)
 790 {
 791         pgd_t *pgdp, pgd;
 792         pud_t *pudp;
 793         pmd_t *pmdp;
 794         unsigned long addr = FIXADDR_START;
 795
 796         pgdp = pgd_offset_k(addr);
 797         pgd = READ_ONCE(*pgdp);
 798         if (CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3 &&
 799             !(pgd_none(pgd) || pgd_page_paddr(pgd) == __pa_symbol(bm_pud))) {
 800                 /*
 801                  * We only end up here if the kernel mapping and the fixmap
 802                  * share the top level pgd entry, which should only happen on
 803                  * 16k/4 levels configurations.
 804                  */
 805                 BUG_ON(!IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_16K_PAGES));
 806                 pudp = pud_offset_kimg(pgdp, addr);
 807         } else {
 808                 if (pgd_none(pgd))
 809                         __pgd_populate(pgdp, __pa_symbol(bm_pud), PUD_TYPE_TABLE);
 810                 pudp = fixmap_pud(addr);
 811         }
 812         if (pud_none(READ_ONCE(*pudp)))
 813                 __pud_populate(pudp, __pa_symbol(bm_pmd), PMD_TYPE_TABLE);
 814         pmdp = fixmap_pmd(addr);
 815         __pmd_populate(pmdp, __pa_symbol(bm_pte), PMD_TYPE_TABLE);
 816
 817         /*
 818          * The boot-ioremap range spans multiple pmds, for which
 819          * we are not prepared:
 820          */
 821         BUILD_BUG_ON((__fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> PMD_SHIFT)
 822                      != (__fix_to_virt(FIX_BTMAP_END) >> PMD_SHIFT));
 823
 824         if ((pmdp != fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)))
 825              || pmdp != fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END))) {
 826                 WARN_ON(1);
 827                 pr_warn("pmdp %p != %p, %p\n",
 828                         pmdp, fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN)),
 829                         fixmap_pmd(fix_to_virt(FIX_BTMAP_END)));
 830                 pr_warn("fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN): %08lx\n",
 831                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN));
 832                 pr_warn("fix_to_virt(FIX_BTMAP_END):   %08lx\n",
 833                         fix_to_virt(FIX_BTMAP_END));
 834
 835                 pr_warn("FIX_BTMAP_END:       %d\n", FIX_BTMAP_END);
 836                 pr_warn("FIX_BTMAP_BEGIN:     %d\n", FIX_BTMAP_BEGIN);
 837         }
 838 }
 839
 840 /*
 841  * Unusually, this is also called in IRQ context (ghes_iounmap_irq) so if we
 842  * ever need to use IPIs for TLB broadcasting, then we're in trouble here.
 843  */
 844 void __set_fixmap(enum fixed_addresses idx,
 845                                phys_addr_t phys, pgprot_t flags)
 846 {
 847         unsigned long addr = __fix_to_virt(idx);
 848         pte_t *ptep;
 849
 850         BUG_ON(idx <= FIX_HOLE || idx >= __end_of_fixed_addresses);
 851
 852         ptep = fixmap_pte(addr);
 853
 854         if (pgprot_val(flags)) {
 855                 set_pte(ptep, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 856         } else {
 857                 pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 858                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr+PAGE_SIZE);
 859         }
 860 }
 861
 862 void *__init fixmap_remap_fdt(phys_addr_t dt_phys, int *size, pgprot_t prot)
 863 {
 864         const u64 dt_virt_base = __fix_to_virt(FIX_FDT);
 865         int offset;
 866         void *dt_virt;
 867
 868         /*
 869          * Check whether the physical FDT address is set and meets the minimum
 870          * alignment requirement. Since we are relying on MIN_FDT_ALIGN to be
 871          * at least 8 bytes so that we can always access the magic and size
 872          * fields of the FDT header after mapping the first chunk, double check
 873          * here if that is indeed the case.
 874          */
 875         BUILD_BUG_ON(MIN_FDT_ALIGN < 8);
 876         if (!dt_phys || dt_phys % MIN_FDT_ALIGN)
 877                 return NULL;
 878
 879         /*
 880          * Make sure that the FDT region can be mapped without the need to
 881          * allocate additional translation table pages, so that it is safe
 882          * to call create_mapping_noalloc() this early.
 883          *
 884          * On 64k pages, the FDT will be mapped using PTEs, so we need to
 885          * be in the same PMD as the rest of the fixmap.
 886          * On 4k pages, we'll use section mappings for the FDT so we only
 887          * have to be in the same PUD.
 888          */
 889         BUILD_BUG_ON(dt_virt_base % SZ_2M);
 890
 891         BUILD_BUG_ON(__fix_to_virt(FIX_FDT_END) >> SWAPPER_TABLE_SHIFT !=
 892                      __fix_to_virt(FIX_BTMAP_BEGIN) >> SWAPPER_TABLE_SHIFT);
 893
 894         offset = dt_phys % SWAPPER_BLOCK_SIZE;
 895         dt_virt = (void *)dt_virt_base + offset;
 896
 897         /* map the first chunk so we can read the size from the header */
 898         create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE),
 899                         dt_virt_base, SWAPPER_BLOCK_SIZE, prot);
 900
 901         if (fdt_magic(dt_virt) != FDT_MAGIC)
 902                 return NULL;
 903
 904         *size = fdt_totalsize(dt_virt);
 905         if (*size > MAX_FDT_SIZE)
 906                 return NULL;
 907
 908         if (offset + *size > SWAPPER_BLOCK_SIZE)
 909                 create_mapping_noalloc(round_down(dt_phys, SWAPPER_BLOCK_SIZE), dt_virt_base,
 910                                round_up(offset + *size, SWAPPER_BLOCK_SIZE), prot);
 911
 912         return dt_virt;
 913 }
 914
 915 int __init arch_ioremap_pud_supported(void)
 916 {
 917         /*
 918          * Only 4k granule supports level 1 block mappings.
 919          * SW table walks can't handle removal of intermediate entries.
 920          */
 921         return IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_4K_PAGES) &&
 922                !IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_PTDUMP_DEBUGFS);
 923 }
 924
 925 int __init arch_ioremap_pmd_supported(void)
 926 {
 927         /* See arch_ioremap_pud_supported() */
 928         return !IS_ENABLED(CONFIG_ARM64_PTDUMP_DEBUGFS);
 929 }
 930
 931 int pud_set_huge(pud_t *pudp, phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 932 {
 933         pgprot_t sect_prot = __pgprot(PUD_TYPE_SECT |
 934                                         pgprot_val(mk_sect_prot(prot)));
 935         pud_t new_pud = pfn_pud(__phys_to_pfn(phys), sect_prot);
 936
 937         /* Only allow permission changes for now */
 938         if (!pgattr_change_is_safe(READ_ONCE(pud_val(*pudp)),
 939                                    pud_val(new_pud)))
 940                 return 0;
 941
 942         BUG_ON(phys & ~PUD_MASK);
 943         set_pud(pudp, new_pud);
 944         return 1;
 945 }
 946
 947 int pmd_set_huge(pmd_t *pmdp, phys_addr_t phys, pgprot_t prot)
 948 {
 949         pgprot_t sect_prot = __pgprot(PMD_TYPE_SECT |
 950                                         pgprot_val(mk_sect_prot(prot)));
 951         pmd_t new_pmd = pfn_pmd(__phys_to_pfn(phys), sect_prot);
 952
 953         /* Only allow permission changes for now */
 954         if (!pgattr_change_is_safe(READ_ONCE(pmd_val(*pmdp)),
 955                                    pmd_val(new_pmd)))
 956                 return 0;
 957
 958         BUG_ON(phys & ~PMD_MASK);
 959         set_pmd(pmdp, new_pmd);
 960         return 1;
 961 }
 962
 963 int pud_clear_huge(pud_t *pudp)
 964 {
 965         if (!pud_sect(READ_ONCE(*pudp)))
 966                 return 0;
 967         pud_clear(pudp);
 968         return 1;
 969 }
 970
 971 int pmd_clear_huge(pmd_t *pmdp)
 972 {
 973         if (!pmd_sect(READ_ONCE(*pmdp)))
 974                 return 0;
 975         pmd_clear(pmdp);
 976         return 1;
 977 }
 978
 979 int pmd_free_pte_page(pmd_t *pmdp, unsigned long addr)
 980 {
 981         pte_t *table;
 982         pmd_t pmd;
 983
 984         pmd = READ_ONCE(*pmdp);
 985
 986         if (!pmd_present(pmd))
 987                 return 1;
 988         if (!pmd_table(pmd)) {
 989                 VM_WARN_ON(!pmd_table(pmd));
 990                 return 1;
 991         }
 992
 993         table = pte_offset_kernel(pmdp, addr);
 994         pmd_clear(pmdp);
 995         __flush_tlb_kernel_pgtable(addr);
 996         pte_free_kernel(NULL, table);
 997         return 1;
 998 }
 999
1000 int pud_free_pmd_page(pud_t *pudp, unsigned long addr)
1001 {
1002         pmd_t *table;
1003         pmd_t *pmdp;
1004         pud_t pud;
1005         unsigned long next, end;
1006
1007         pud = READ_ONCE(*pudp);
1008
1009         if (!pud_present(pud))
1010                 return 1;
1011         if (!pud_table(pud)) {
1012                 VM_WARN_ON(!pud_table(pud));
1013                 return 1;
1014         }
1015
1016         table = pmd_offset(pudp, addr);
1017         pmdp = table;
1018         next = addr;
1019         end = addr + PUD_SIZE;
1020         do {
1021                 pmd_free_pte_page(pmdp, next);
1022         } while (pmdp++, next += PMD_SIZE, next != end);
1023
1024         pud_clear(pudp);
1025         __flush_tlb_kernel_pgtable(addr);
1026         pmd_free(NULL, table);
1027         return 1;
1028 }