GNU Linux-libre 4.19.286-gnu1
[releases.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/bootmem.h>      /* for max_low_pfn */
7 #include <linux/swapfile.h>
8 #include <linux/swapops.h>
9 #include <linux/kmemleak.h>
10
11 #include <asm/set_memory.h>
12 #include <asm/cpu_device_id.h>
13 #include <asm/e820/api.h>
14 #include <asm/init.h>
15 #include <asm/page.h>
16 #include <asm/page_types.h>
17 #include <asm/sections.h>
18 #include <asm/setup.h>
19 #include <asm/tlbflush.h>
20 #include <asm/tlb.h>
21 #include <asm/proto.h>
22 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
23 #include <asm/microcode.h>
24 #include <asm/kaslr.h>
25 #include <asm/hypervisor.h>
26 #include <asm/cpufeature.h>
27 #include <asm/pti.h>
28
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         }
125
126         for (i = 0; i < num; i++) {
127                 void *adr;
128
129                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
130                 clear_page(adr);
131         }
132
133         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
134 }
135
136 /*
137  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
138  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
139  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
140  * randomization is enabled.
141  */
142 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
143 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
144 #else
145 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
146 #endif
147 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
148 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
149 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
150 {
151         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
152         phys_addr_t base;
153
154         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
155
156         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
157         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
158         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
159 }
160
161 int after_bootmem;
162
163 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
164
165 struct map_range {
166         unsigned long start;
167         unsigned long end;
168         unsigned page_size_mask;
169 };
170
171 static int page_size_mask;
172
173 static void __init probe_page_size_mask(void)
174 {
175         /*
176          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
177          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
178          * large pages into small in interrupt context, etc.
179          */
180         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
181                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
182         else
183                 direct_gbpages = 0;
184
185         /* Enable PSE if available */
186         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
187                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
188
189         /* Enable PGE if available */
190         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
191         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
192                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
193                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
194         }
195
196         /* By the default is everything supported: */
197         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
198         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
199         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
200                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
201
202         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
203         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
204                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
205                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
206         } else {
207                 direct_gbpages = 0;
208         }
209 }
210
211 #define INTEL_MATCH(_model) { .vendor  = X86_VENDOR_INTEL,      \
212                               .family  = 6,                     \
213                               .model = _model,                  \
214                             }
215 /*
216  * INVLPG may not properly flush Global entries
217  * on these CPUs when PCIDs are enabled.
218  */
219 static const struct x86_cpu_id invlpg_miss_ids[] = {
220         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE   ),
221         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE_L ),
222         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_ALDERLAKE_N ),
223         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE  ),
224         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_P),
225         INTEL_MATCH(INTEL_FAM6_RAPTORLAKE_S),
226         {}
227 };
228
229 static void setup_pcid(void)
230 {
231         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
232                 return;
233
234         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
235                 return;
236
237         if (x86_match_cpu(invlpg_miss_ids)) {
238                 pr_info("Incomplete global flushes, disabling PCID");
239                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
240                 return;
241         }
242
243         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
244                 /*
245                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
246                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
247                  * do any good anyway.  Despite the name,
248                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
249                  * the bits in question to remain set all the way through
250                  * the secondary boot asm.
251                  *
252                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
253                  * start_secondary().
254                  */
255                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
256
257                 /*
258                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
259                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
260                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
261                  * no INVPCID support at all.
262                  */
263                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
264                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
265         } else {
266                 /*
267                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
268                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
269                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
270                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
271                  * data if we're on an improperly configured VM.
272                  */
273                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
274         }
275 }
276
277 #ifdef CONFIG_X86_32
278 #define NR_RANGE_MR 3
279 #else /* CONFIG_X86_64 */
280 #define NR_RANGE_MR 5
281 #endif
282
283 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
284                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
285                              unsigned long page_size_mask)
286 {
287         if (start_pfn < end_pfn) {
288                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
289                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
290                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
291                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
292                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
293                 nr_range++;
294         }
295
296         return nr_range;
297 }
298
299 /*
300  * adjust the page_size_mask for small range to go with
301  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
302  */
303 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
304                                                          int nr_range)
305 {
306         int i;
307
308         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
309                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
310                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
311                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
312                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
313
314 #ifdef CONFIG_X86_32
315                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
316                                 continue;
317 #endif
318
319                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
320                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
321                 }
322                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
323                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
324                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
325                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
326
327                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
328                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
329                 }
330         }
331 }
332
333 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
334 {
335         static const char str_1g[] = "1G";
336         static const char str_2m[] = "2M";
337         static const char str_4m[] = "4M";
338         static const char str_4k[] = "4k";
339
340         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
341                 return str_1g;
342         /*
343          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
344          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
345          * print out the right size in the string.
346          */
347         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
348             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
349             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
350                 return str_4m;
351
352         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
353                 return str_2m;
354
355         return str_4k;
356 }
357
358 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
359                                      unsigned long start,
360                                      unsigned long end)
361 {
362         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
363         unsigned long pfn;
364         int i;
365
366         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
367
368         /* head if not big page alignment ? */
369         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
370 #ifdef CONFIG_X86_32
371         /*
372          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
373          * because there are often fixed size MTRRs in there
374          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
375          * slowdowns.
376          */
377         if (pfn == 0)
378                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
379         else
380                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
381 #else /* CONFIG_X86_64 */
382         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
383 #endif
384         if (end_pfn > limit_pfn)
385                 end_pfn = limit_pfn;
386         if (start_pfn < end_pfn) {
387                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
388                 pfn = end_pfn;
389         }
390
391         /* big page (2M) range */
392         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
393 #ifdef CONFIG_X86_32
394         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
395 #else /* CONFIG_X86_64 */
396         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
397         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
398                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
399 #endif
400
401         if (start_pfn < end_pfn) {
402                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
403                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
404                 pfn = end_pfn;
405         }
406
407 #ifdef CONFIG_X86_64
408         /* big page (1G) range */
409         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
410         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
411         if (start_pfn < end_pfn) {
412                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
413                                 page_size_mask &
414                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
415                 pfn = end_pfn;
416         }
417
418         /* tail is not big page (1G) alignment */
419         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
420         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
421         if (start_pfn < end_pfn) {
422                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
423                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
424                 pfn = end_pfn;
425         }
426 #endif
427
428         /* tail is not big page (2M) alignment */
429         start_pfn = pfn;
430         end_pfn = limit_pfn;
431         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
432
433         if (!after_bootmem)
434                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
435
436         /* try to merge same page size and continuous */
437         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
438                 unsigned long old_start;
439                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
440                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
441                         continue;
442                 /* move it */
443                 old_start = mr[i].start;
444                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
445                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
446                 mr[i--].start = old_start;
447                 nr_range--;
448         }
449
450         for (i = 0; i < nr_range; i++)
451                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
452                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
453                                 page_size_string(&mr[i]));
454
455         return nr_range;
456 }
457
458 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
459 int nr_pfn_mapped;
460
461 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
462 {
463         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
464                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
465         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
466
467         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
468
469         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
470                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
471                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
472 }
473
474 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
475 {
476         int i;
477
478         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
479                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
480                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
481                         return true;
482
483         return false;
484 }
485
486 /*
487  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
488  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
489  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
490  */
491 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
492                                                unsigned long end)
493 {
494         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
495         unsigned long ret = 0;
496         int nr_range, i;
497
498         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
499                start, end - 1);
500
501         memset(mr, 0, sizeof(mr));
502         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
503
504         for (i = 0; i < nr_range; i++)
505                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
506                                                    mr[i].page_size_mask);
507
508         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
509
510         return ret >> PAGE_SHIFT;
511 }
512
513 /*
514  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
515  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
516  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
517  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
518  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
519  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
520  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
521  *
522  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
523  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
524  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
525  */
526 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
527                                            unsigned long r_start,
528                                            unsigned long r_end)
529 {
530         unsigned long start_pfn, end_pfn;
531         unsigned long mapped_ram_size = 0;
532         int i;
533
534         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
535                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
536                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
537                 if (start >= end)
538                         continue;
539
540                 /*
541                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
542                  * alloc pgt buf from memblock instead.
543                  */
544                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
545                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
546                 init_memory_mapping(start, end);
547                 mapped_ram_size += end - start;
548                 can_use_brk_pgt = true;
549         }
550
551         return mapped_ram_size;
552 }
553
554 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
555 {
556         /*
557          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
558          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
559          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
560          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
561          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
562          * difference of page table level shifts.
563          *
564          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
565          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
566          * turns it into 0x100000000ULL.
567          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
568          * needs to be taken into consideration by the code below.
569          */
570         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
571 }
572
573 /**
574  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
575  * @map_start: start address of the target memory range
576  * @map_end: end address of the target memory range
577  *
578  * This function will setup direct mapping for memory range
579  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
580  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
581  * memory in top-down.
582  */
583 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
584                                        unsigned long map_end)
585 {
586         unsigned long real_end, start, last_start;
587         unsigned long step_size;
588         unsigned long addr;
589         unsigned long mapped_ram_size = 0;
590
591         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
592         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
593         real_end = addr + PMD_SIZE;
594
595         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
596         step_size = PMD_SIZE;
597         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
598         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
599         last_start = start = real_end;
600
601         /*
602          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
603          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
604          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
605          * for page table.
606          */
607         while (last_start > map_start) {
608                 if (last_start > step_size) {
609                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
610                         if (start < map_start)
611                                 start = map_start;
612                 } else
613                         start = map_start;
614                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
615                                                         last_start);
616                 last_start = start;
617                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
618                 if (mapped_ram_size >= step_size)
619                         step_size = get_new_step_size(step_size);
620         }
621
622         if (real_end < map_end)
623                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
624 }
625
626 /**
627  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
628  * @map_start: start address of the target memory range
629  * @map_end: end address of the target memory range
630  *
631  * This function will setup direct mapping for memory range
632  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
633  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
634  * be allocated just above the kernel and we map the memory
635  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
636  */
637 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
638                                         unsigned long map_end)
639 {
640         unsigned long next, start;
641         unsigned long mapped_ram_size = 0;
642         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
643         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
644
645         start = map_start;
646         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
647
648         /*
649          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
650          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
651          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
652          * for page table.
653          */
654         while (start < map_end) {
655                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
656                         next = round_up(start + 1, step_size);
657                         if (next > map_end)
658                                 next = map_end;
659                 } else {
660                         next = map_end;
661                 }
662
663                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
664                 start = next;
665
666                 if (mapped_ram_size >= step_size)
667                         step_size = get_new_step_size(step_size);
668         }
669 }
670
671 void __init init_mem_mapping(void)
672 {
673         unsigned long end;
674
675         pti_check_boottime_disable();
676         probe_page_size_mask();
677         setup_pcid();
678
679 #ifdef CONFIG_X86_64
680         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
681 #else
682         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
683 #endif
684
685         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
686         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
687
688         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
689         init_trampoline();
690
691         /*
692          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
693          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
694          */
695         if (memblock_bottom_up()) {
696                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
697
698                 /*
699                  * we need two separate calls here. This is because we want to
700                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
701                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
702                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
703                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
704                  */
705                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
706                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
707         } else {
708                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
709         }
710
711 #ifdef CONFIG_X86_64
712         if (max_pfn > max_low_pfn) {
713                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
714                 max_low_pfn = max_pfn;
715         }
716 #else
717         early_ioremap_page_table_range_init();
718 #endif
719
720         load_cr3(swapper_pg_dir);
721         __flush_tlb_all();
722
723         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
724
725         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
726 }
727
728 /*
729  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
730  * is valid. The argument is a physical page number.
731  *
732  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
733  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
734  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
735  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
736  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
737  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
738  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
739  */
740 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
741 {
742         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
743                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
744                         != REGION_DISJOINT) {
745                 /*
746                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
747                  * request that the page be shown as all zeros.
748                  */
749                 if (pagenr < 256)
750                         return 2;
751
752                 return 0;
753         }
754
755         /*
756          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
757          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
758          */
759         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
760                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
761                 if (pagenr < 256)
762                         return 1;
763
764                 return 0;
765         }
766
767         return 1;
768 }
769
770 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
771 {
772         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
773
774         /* Make sure boundaries are page aligned */
775         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
776         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
777
778         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
779                 begin = begin_aligned;
780                 end   = end_aligned;
781         }
782
783         if (begin >= end)
784                 return;
785
786         /*
787          * If debugging page accesses then do not free this memory but
788          * mark them not present - any buggy init-section access will
789          * create a kernel page fault:
790          */
791         if (debug_pagealloc_enabled()) {
792                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
793                         begin, end - 1);
794                 /*
795                  * Inform kmemleak about the hole in the memory since the
796                  * corresponding pages will be unmapped.
797                  */
798                 kmemleak_free_part((void *)begin, end - begin);
799                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
800         } else {
801                 /*
802                  * We just marked the kernel text read only above, now that
803                  * we are going to free part of that, we need to make that
804                  * writeable and non-executable first.
805                  */
806                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
807                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
808
809                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
810                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
811         }
812 }
813
814 /*
815  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
816  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
817  * right thing for either kind of address.
818  */
819 void free_kernel_image_pages(void *begin, void *end)
820 {
821         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
822         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
823         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
824
825
826         free_init_pages("unused kernel image", begin_ul, end_ul);
827
828         /*
829          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
830          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
831          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
832          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
833          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
834          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
835          * optimizations PTI is currently using.
836          *
837          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
838          * needed to access the freed pages.
839          *
840          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
841          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
842          */
843         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
844                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
845 }
846
847 void __weak mem_encrypt_free_decrypted_mem(void) { }
848
849 void __ref free_initmem(void)
850 {
851         e820__reallocate_tables();
852
853         mem_encrypt_free_decrypted_mem();
854
855         free_kernel_image_pages(&__init_begin, &__init_end);
856 }
857
858 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
859 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
860 {
861         /*
862          * end could be not aligned, and We can not align that,
863          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
864          * We already reserve the end partial page before in
865          *   - i386_start_kernel()
866          *   - x86_64_start_kernel()
867          *   - relocate_initrd()
868          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
869          */
870         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
871 }
872 #endif
873
874 /*
875  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
876  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
877  * accurately.
878  *
879  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
880  * might benefit from this as well.
881  */
882 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
883 {
884 #ifdef CONFIG_X86_64
885         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
886         unsigned long start_pfn, end_pfn;
887         phys_addr_t start_addr, end_addr;
888         int i;
889         u64 u;
890
891         /*
892          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
893          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
894          */
895         nr_pages = 0;
896         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
897                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
898                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
899
900                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
901         }
902
903         /*
904          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
905          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
906          * pages at the beginning or the end of the range:
907          */
908         nr_free_pages = 0;
909         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
910                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
911                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
912
913                 if (start_pfn < end_pfn)
914                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
915         }
916
917         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
918 #endif
919 }
920
921 void __init zone_sizes_init(void)
922 {
923         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
924
925         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
926
927 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
928         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
929 #endif
930 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
931         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
932 #endif
933         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
934 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
935         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
936 #endif
937
938         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
939 }
940
941 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
942         .loaded_mm = &init_mm,
943         .next_asid = 1,
944         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
945 };
946 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_tlbstate);
947
948 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
949 {
950         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
951         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
952
953         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
954         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
955 }
956
957 #ifdef CONFIG_SWAP
958 unsigned long max_swapfile_size(void)
959 {
960         unsigned long pages;
961
962         pages = generic_max_swapfile_size();
963
964         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF) && l1tf_mitigation != L1TF_MITIGATION_OFF) {
965                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
966                 unsigned long long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit();
967                 /*
968                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
969                  * which makes the usable limit higher.
970                  */
971 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
972                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
973 #endif
974                 pages = min_t(unsigned long long, l1tf_limit, pages);
975         }
976         return pages;
977 }
978 #endif