arch/powerpc/mm/book3s64/pgtable.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * Copyright 2015-2016, Aneesh Kumar K.V, IBM Corporation.
   4  */
   5
   6 #include <linux/sched.h>
   7 #include <linux/mm_types.h>
   8 #include <linux/memblock.h>
   9 #include <linux/memremap.h>
  10 #include <linux/pkeys.h>
  11 #include <linux/debugfs.h>
  12 #include <misc/cxl-base.h>
  13
  14 #include <asm/pgalloc.h>
  15 #include <asm/tlb.h>
  16 #include <asm/trace.h>
  17 #include <asm/powernv.h>
  18 #include <asm/firmware.h>
  19 #include <asm/ultravisor.h>
  20 #include <asm/kexec.h>
  21
  22 #include <mm/mmu_decl.h>
  23 #include <trace/events/thp.h>
  24
  25 #include "internal.h"
  26
  27 struct mmu_psize_def mmu_psize_defs[MMU_PAGE_COUNT];
  28 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_psize_defs);
  29
  30 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
  31 int mmu_vmemmap_psize = MMU_PAGE_4K;
  32 #endif
  33
  34 unsigned long __pmd_frag_nr;
  35 EXPORT_SYMBOL(__pmd_frag_nr);
  36 unsigned long __pmd_frag_size_shift;
  37 EXPORT_SYMBOL(__pmd_frag_size_shift);
  38
  39 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
  40 /*
  41  * This is called when relaxing access to a hugepage. It's also called in the page
  42  * fault path when we don't hit any of the major fault cases, ie, a minor
  43  * update of _PAGE_ACCESSED, _PAGE_DIRTY, etc... The generic code will have
  44  * handled those two for us, we additionally deal with missing execute
  45  * permission here on some processors
  46  */
  47 int pmdp_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
  48                           pmd_t *pmdp, pmd_t entry, int dirty)
  49 {
  50         int changed;
  51 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
  52         WARN_ON(!pmd_trans_huge(*pmdp) && !pmd_devmap(*pmdp));
  53         assert_spin_locked(pmd_lockptr(vma->vm_mm, pmdp));
  54 #endif
  55         changed = !pmd_same(*(pmdp), entry);
  56         if (changed) {
  57                 /*
  58                  * We can use MMU_PAGE_2M here, because only radix
  59                  * path look at the psize.
  60                  */
  61                 __ptep_set_access_flags(vma, pmdp_ptep(pmdp),
  62                                         pmd_pte(entry), address, MMU_PAGE_2M);
  63         }
  64         return changed;
  65 }
  66
  67 int pmdp_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
  68                               unsigned long address, pmd_t *pmdp)
  69 {
  70         return __pmdp_test_and_clear_young(vma->vm_mm, address, pmdp);
  71 }
  72 /*
  73  * set a new huge pmd. We should not be called for updating
  74  * an existing pmd entry. That should go via pmd_hugepage_update.
  75  */
  76 void set_pmd_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
  77                 pmd_t *pmdp, pmd_t pmd)
  78 {
  79 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
  80         /*
  81          * Make sure hardware valid bit is not set. We don't do
  82          * tlb flush for this update.
  83          */
  84
  85         WARN_ON(pte_hw_valid(pmd_pte(*pmdp)) && !pte_protnone(pmd_pte(*pmdp)));
  86         assert_spin_locked(pmd_lockptr(mm, pmdp));
  87         WARN_ON(!(pmd_large(pmd)));
  88 #endif
  89         trace_hugepage_set_pmd(addr, pmd_val(pmd));
  90         return set_pte_at(mm, addr, pmdp_ptep(pmdp), pmd_pte(pmd));
  91 }
  92
  93 static void do_serialize(void *arg)
  94 {
  95         /* We've taken the IPI, so try to trim the mask while here */
  96         if (radix_enabled()) {
  97                 struct mm_struct *mm = arg;
  98                 exit_lazy_flush_tlb(mm, false);
  99         }
 100 }
 101
 102 /*
 103  * Serialize against __find_linux_pte() which does lock-less
 104  * lookup in page tables with local interrupts disabled. For huge pages
 105  * it casts pmd_t to pte_t. Since format of pte_t is different from
 106  * pmd_t we want to prevent transit from pmd pointing to page table
 107  * to pmd pointing to huge page (and back) while interrupts are disabled.
 108  * We clear pmd to possibly replace it with page table pointer in
 109  * different code paths. So make sure we wait for the parallel
 110  * __find_linux_pte() to finish.
 111  */
 112 void serialize_against_pte_lookup(struct mm_struct *mm)
 113 {
 114         smp_mb();
 115         smp_call_function_many(mm_cpumask(mm), do_serialize, mm, 1);
 116 }
 117
 118 /*
 119  * We use this to invalidate a pmdp entry before switching from a
 120  * hugepte to regular pmd entry.
 121  */
 122 pmd_t pmdp_invalidate(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 123                      pmd_t *pmdp)
 124 {
 125         unsigned long old_pmd;
 126
 127         old_pmd = pmd_hugepage_update(vma->vm_mm, address, pmdp, _PAGE_PRESENT, _PAGE_INVALID);
 128         flush_pmd_tlb_range(vma, address, address + HPAGE_PMD_SIZE);
 129         return __pmd(old_pmd);
 130 }
 131
 132 pmd_t pmdp_huge_get_and_clear_full(struct vm_area_struct *vma,
 133                                    unsigned long addr, pmd_t *pmdp, int full)
 134 {
 135         pmd_t pmd;
 136         VM_BUG_ON(addr & ~HPAGE_PMD_MASK);
 137         VM_BUG_ON((pmd_present(*pmdp) && !pmd_trans_huge(*pmdp) &&
 138                    !pmd_devmap(*pmdp)) || !pmd_present(*pmdp));
 139         pmd = pmdp_huge_get_and_clear(vma->vm_mm, addr, pmdp);
 140         /*
 141          * if it not a fullmm flush, then we can possibly end up converting
 142          * this PMD pte entry to a regular level 0 PTE by a parallel page fault.
 143          * Make sure we flush the tlb in this case.
 144          */
 145         if (!full)
 146                 flush_pmd_tlb_range(vma, addr, addr + HPAGE_PMD_SIZE);
 147         return pmd;
 148 }
 149
 150 static pmd_t pmd_set_protbits(pmd_t pmd, pgprot_t pgprot)
 151 {
 152         return __pmd(pmd_val(pmd) | pgprot_val(pgprot));
 153 }
 154
 155 /*
 156  * At some point we should be able to get rid of
 157  * pmd_mkhuge() and mk_huge_pmd() when we update all the
 158  * other archs to mark the pmd huge in pfn_pmd()
 159  */
 160 pmd_t pfn_pmd(unsigned long pfn, pgprot_t pgprot)
 161 {
 162         unsigned long pmdv;
 163
 164         pmdv = (pfn << PAGE_SHIFT) & PTE_RPN_MASK;
 165
 166         return __pmd_mkhuge(pmd_set_protbits(__pmd(pmdv), pgprot));
 167 }
 168
 169 pmd_t mk_pmd(struct page *page, pgprot_t pgprot)
 170 {
 171         return pfn_pmd(page_to_pfn(page), pgprot);
 172 }
 173
 174 pmd_t pmd_modify(pmd_t pmd, pgprot_t newprot)
 175 {
 176         unsigned long pmdv;
 177
 178         pmdv = pmd_val(pmd);
 179         pmdv &= _HPAGE_CHG_MASK;
 180         return pmd_set_protbits(__pmd(pmdv), newprot);
 181 }
 182 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
 183
 184 /* For use by kexec, called with MMU off */
 185 notrace void mmu_cleanup_all(void)
 186 {
 187         if (radix_enabled())
 188                 radix__mmu_cleanup_all();
 189         else if (mmu_hash_ops.hpte_clear_all)
 190                 mmu_hash_ops.hpte_clear_all();
 191
 192         reset_sprs();
 193 }
 194
 195 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
 196 int __meminit create_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end,
 197                                      int nid, pgprot_t prot)
 198 {
 199         if (radix_enabled())
 200                 return radix__create_section_mapping(start, end, nid, prot);
 201
 202         return hash__create_section_mapping(start, end, nid, prot);
 203 }
 204
 205 int __meminit remove_section_mapping(unsigned long start, unsigned long end)
 206 {
 207         if (radix_enabled())
 208                 return radix__remove_section_mapping(start, end);
 209
 210         return hash__remove_section_mapping(start, end);
 211 }
 212 #endif /* CONFIG_MEMORY_HOTPLUG */
 213
 214 void __init mmu_partition_table_init(void)
 215 {
 216         unsigned long patb_size = 1UL << PATB_SIZE_SHIFT;
 217         unsigned long ptcr;
 218
 219         /* Initialize the Partition Table with no entries */
 220         partition_tb = memblock_alloc(patb_size, patb_size);
 221         if (!partition_tb)
 222                 panic("%s: Failed to allocate %lu bytes align=0x%lx\n",
 223                       __func__, patb_size, patb_size);
 224
 225         ptcr = __pa(partition_tb) | (PATB_SIZE_SHIFT - 12);
 226         set_ptcr_when_no_uv(ptcr);
 227         powernv_set_nmmu_ptcr(ptcr);
 228 }
 229
 230 static void flush_partition(unsigned int lpid, bool radix)
 231 {
 232         if (radix) {
 233                 radix__flush_all_lpid(lpid);
 234                 radix__flush_all_lpid_guest(lpid);
 235         } else {
 236                 asm volatile("ptesync" : : : "memory");
 237                 asm volatile(PPC_TLBIE_5(%0,%1,2,0,0) : :
 238                              "r" (TLBIEL_INVAL_SET_LPID), "r" (lpid));
 239                 /* do we need fixup here ?*/
 240                 asm volatile("eieio; tlbsync; ptesync" : : : "memory");
 241                 trace_tlbie(lpid, 0, TLBIEL_INVAL_SET_LPID, lpid, 2, 0, 0);
 242         }
 243 }
 244
 245 void mmu_partition_table_set_entry(unsigned int lpid, unsigned long dw0,
 246                                   unsigned long dw1, bool flush)
 247 {
 248         unsigned long old = be64_to_cpu(partition_tb[lpid].patb0);
 249
 250         /*
 251          * When ultravisor is enabled, the partition table is stored in secure
 252          * memory and can only be accessed doing an ultravisor call. However, we
 253          * maintain a copy of the partition table in normal memory to allow Nest
 254          * MMU translations to occur (for normal VMs).
 255          *
 256          * Therefore, here we always update partition_tb, regardless of whether
 257          * we are running under an ultravisor or not.
 258          */
 259         partition_tb[lpid].patb0 = cpu_to_be64(dw0);
 260         partition_tb[lpid].patb1 = cpu_to_be64(dw1);
 261
 262         /*
 263          * If ultravisor is enabled, we do an ultravisor call to register the
 264          * partition table entry (PATE), which also do a global flush of TLBs
 265          * and partition table caches for the lpid. Otherwise, just do the
 266          * flush. The type of flush (hash or radix) depends on what the previous
 267          * use of the partition ID was, not the new use.
 268          */
 269         if (firmware_has_feature(FW_FEATURE_ULTRAVISOR)) {
 270                 uv_register_pate(lpid, dw0, dw1);
 271                 pr_info("PATE registered by ultravisor: dw0 = 0x%lx, dw1 = 0x%lx\n",
 272                         dw0, dw1);
 273         } else if (flush) {
 274                 /*
 275                  * Boot does not need to flush, because MMU is off and each
 276                  * CPU does a tlbiel_all() before switching them on, which
 277                  * flushes everything.
 278                  */
 279                 flush_partition(lpid, (old & PATB_HR));
 280         }
 281 }
 282 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_partition_table_set_entry);
 283
 284 static pmd_t *get_pmd_from_cache(struct mm_struct *mm)
 285 {
 286         void *pmd_frag, *ret;
 287
 288         if (PMD_FRAG_NR == 1)
 289                 return NULL;
 290
 291         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 292         ret = mm->context.pmd_frag;
 293         if (ret) {
 294                 pmd_frag = ret + PMD_FRAG_SIZE;
 295                 /*
 296                  * If we have taken up all the fragments mark PTE page NULL
 297                  */
 298                 if (((unsigned long)pmd_frag & ~PAGE_MASK) == 0)
 299                         pmd_frag = NULL;
 300                 mm->context.pmd_frag = pmd_frag;
 301         }
 302         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 303         return (pmd_t *)ret;
 304 }
 305
 306 static pmd_t *__alloc_for_pmdcache(struct mm_struct *mm)
 307 {
 308         void *ret = NULL;
 309         struct page *page;
 310         gfp_t gfp = GFP_KERNEL_ACCOUNT | __GFP_ZERO;
 311
 312         if (mm == &init_mm)
 313                 gfp &= ~__GFP_ACCOUNT;
 314         page = alloc_page(gfp);
 315         if (!page)
 316                 return NULL;
 317         if (!pgtable_pmd_page_ctor(page)) {
 318                 __free_pages(page, 0);
 319                 return NULL;
 320         }
 321
 322         atomic_set(&page->pt_frag_refcount, 1);
 323
 324         ret = page_address(page);
 325         /*
 326          * if we support only one fragment just return the
 327          * allocated page.
 328          */
 329         if (PMD_FRAG_NR == 1)
 330                 return ret;
 331
 332         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 333         /*
 334          * If we find pgtable_page set, we return
 335          * the allocated page with single fragment
 336          * count.
 337          */
 338         if (likely(!mm->context.pmd_frag)) {
 339                 atomic_set(&page->pt_frag_refcount, PMD_FRAG_NR);
 340                 mm->context.pmd_frag = ret + PMD_FRAG_SIZE;
 341         }
 342         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 343
 344         return (pmd_t *)ret;
 345 }
 346
 347 pmd_t *pmd_fragment_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long vmaddr)
 348 {
 349         pmd_t *pmd;
 350
 351         pmd = get_pmd_from_cache(mm);
 352         if (pmd)
 353                 return pmd;
 354
 355         return __alloc_for_pmdcache(mm);
 356 }
 357
 358 void pmd_fragment_free(unsigned long *pmd)
 359 {
 360         struct page *page = virt_to_page(pmd);
 361
 362         if (PageReserved(page))
 363                 return free_reserved_page(page);
 364
 365         BUG_ON(atomic_read(&page->pt_frag_refcount) <= 0);
 366         if (atomic_dec_and_test(&page->pt_frag_refcount)) {
 367                 pgtable_pmd_page_dtor(page);
 368                 __free_page(page);
 369         }
 370 }
 371
 372 static inline void pgtable_free(void *table, int index)
 373 {
 374         switch (index) {
 375         case PTE_INDEX:
 376                 pte_fragment_free(table, 0);
 377                 break;
 378         case PMD_INDEX:
 379                 pmd_fragment_free(table);
 380                 break;
 381         case PUD_INDEX:
 382                 __pud_free(table);
 383                 break;
 384 #if defined(CONFIG_PPC_4K_PAGES) && defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
 385                 /* 16M hugepd directory at pud level */
 386         case HTLB_16M_INDEX:
 387                 BUILD_BUG_ON(H_16M_CACHE_INDEX <= 0);
 388                 kmem_cache_free(PGT_CACHE(H_16M_CACHE_INDEX), table);
 389                 break;
 390                 /* 16G hugepd directory at the pgd level */
 391         case HTLB_16G_INDEX:
 392                 BUILD_BUG_ON(H_16G_CACHE_INDEX <= 0);
 393                 kmem_cache_free(PGT_CACHE(H_16G_CACHE_INDEX), table);
 394                 break;
 395 #endif
 396                 /* We don't free pgd table via RCU callback */
 397         default:
 398                 BUG();
 399         }
 400 }
 401
 402 void pgtable_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, void *table, int index)
 403 {
 404         unsigned long pgf = (unsigned long)table;
 405
 406         BUG_ON(index > MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE);
 407         pgf |= index;
 408         tlb_remove_table(tlb, (void *)pgf);
 409 }
 410
 411 void __tlb_remove_table(void *_table)
 412 {
 413         void *table = (void *)((unsigned long)_table & ~MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE);
 414         unsigned int index = (unsigned long)_table & MAX_PGTABLE_INDEX_SIZE;
 415
 416         return pgtable_free(table, index);
 417 }
 418
 419 #ifdef CONFIG_PROC_FS
 420 atomic_long_t direct_pages_count[MMU_PAGE_COUNT];
 421
 422 void arch_report_meminfo(struct seq_file *m)
 423 {
 424         /*
 425          * Hash maps the memory with one size mmu_linear_psize.
 426          * So don't bother to print these on hash
 427          */
 428         if (!radix_enabled())
 429                 return;
 430         seq_printf(m, "DirectMap4k:    %8lu kB\n",
 431                    atomic_long_read(&direct_pages_count[MMU_PAGE_4K]) << 2);
 432         seq_printf(m, "DirectMap64k:    %8lu kB\n",
 433                    atomic_long_read(&direct_pages_count[MMU_PAGE_64K]) << 6);
 434         seq_printf(m, "DirectMap2M:    %8lu kB\n",
 435                    atomic_long_read(&direct_pages_count[MMU_PAGE_2M]) << 11);
 436         seq_printf(m, "DirectMap1G:    %8lu kB\n",
 437                    atomic_long_read(&direct_pages_count[MMU_PAGE_1G]) << 20);
 438 }
 439 #endif /* CONFIG_PROC_FS */
 440
 441 pte_t ptep_modify_prot_start(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 442                              pte_t *ptep)
 443 {
 444         unsigned long pte_val;
 445
 446         /*
 447          * Clear the _PAGE_PRESENT so that no hardware parallel update is
 448          * possible. Also keep the pte_present true so that we don't take
 449          * wrong fault.
 450          */
 451         pte_val = pte_update(vma->vm_mm, addr, ptep, _PAGE_PRESENT, _PAGE_INVALID, 0);
 452
 453         return __pte(pte_val);
 454
 455 }
 456
 457 void ptep_modify_prot_commit(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
 458                              pte_t *ptep, pte_t old_pte, pte_t pte)
 459 {
 460         if (radix_enabled())
 461                 return radix__ptep_modify_prot_commit(vma, addr,
 462                                                       ptep, old_pte, pte);
 463         set_pte_at(vma->vm_mm, addr, ptep, pte);
 464 }
 465
 466 /*
 467  * For hash translation mode, we use the deposited table to store hash slot
 468  * information and they are stored at PTRS_PER_PMD offset from related pmd
 469  * location. Hence a pmd move requires deposit and withdraw.
 470  *
 471  * For radix translation with split pmd ptl, we store the deposited table in the
 472  * pmd page. Hence if we have different pmd page we need to withdraw during pmd
 473  * move.
 474  *
 475  * With hash we use deposited table always irrespective of anon or not.
 476  * With radix we use deposited table only for anonymous mapping.
 477  */
 478 int pmd_move_must_withdraw(struct spinlock *new_pmd_ptl,
 479                            struct spinlock *old_pmd_ptl,
 480                            struct vm_area_struct *vma)
 481 {
 482         if (radix_enabled())
 483                 return (new_pmd_ptl != old_pmd_ptl) && vma_is_anonymous(vma);
 484
 485         return true;
 486 }
 487
 488 /*
 489  * Does the CPU support tlbie?
 490  */
 491 bool tlbie_capable __read_mostly = true;
 492 EXPORT_SYMBOL(tlbie_capable);
 493
 494 /*
 495  * Should tlbie be used for management of CPU TLBs, for kernel and process
 496  * address spaces? tlbie may still be used for nMMU accelerators, and for KVM
 497  * guest address spaces.
 498  */
 499 bool tlbie_enabled __read_mostly = true;
 500
 501 static int __init setup_disable_tlbie(char *str)
 502 {
 503         if (!radix_enabled()) {
 504                 pr_err("disable_tlbie: Unable to disable TLBIE with Hash MMU.\n");
 505                 return 1;
 506         }
 507
 508         tlbie_capable = false;
 509         tlbie_enabled = false;
 510
 511         return 1;
 512 }
 513 __setup("disable_tlbie", setup_disable_tlbie);
 514
 515 static int __init pgtable_debugfs_setup(void)
 516 {
 517         if (!tlbie_capable)
 518                 return 0;
 519
 520         /*
 521          * There is no locking vs tlb flushing when changing this value.
 522          * The tlb flushers will see one value or another, and use either
 523          * tlbie or tlbiel with IPIs. In both cases the TLBs will be
 524          * invalidated as expected.
 525          */
 526         debugfs_create_bool("tlbie_enabled", 0600,
 527                         arch_debugfs_dir,
 528                         &tlbie_enabled);
 529
 530         return 0;
 531 }
 532 arch_initcall(pgtable_debugfs_setup);
 533
 534 #if defined(CONFIG_ZONE_DEVICE) && defined(CONFIG_ARCH_HAS_MEMREMAP_COMPAT_ALIGN)
 535 /*
 536  * Override the generic version in mm/memremap.c.
 537  *
 538  * With hash translation, the direct-map range is mapped with just one
 539  * page size selected by htab_init_page_sizes(). Consult
 540  * mmu_psize_defs[] to determine the minimum page size alignment.
 541 */
 542 unsigned long memremap_compat_align(void)
 543 {
 544         if (!radix_enabled()) {
 545                 unsigned int shift = mmu_psize_defs[mmu_linear_psize].shift;
 546                 return max(SUBSECTION_SIZE, 1UL << shift);
 547         }
 548
 549         return SUBSECTION_SIZE;
 550 }
 551 EXPORT_SYMBOL_GPL(memremap_compat_align);
 552 #endif
 553
 554 pgprot_t vm_get_page_prot(unsigned long vm_flags)
 555 {
 556         unsigned long prot;
 557
 558         /* Radix supports execute-only, but protection_map maps X -> RX */
 559         if (radix_enabled() && ((vm_flags & VM_ACCESS_FLAGS) == VM_EXEC)) {
 560                 prot = pgprot_val(PAGE_EXECONLY);
 561         } else {
 562                 prot = pgprot_val(protection_map[vm_flags &
 563                                                  (VM_ACCESS_FLAGS | VM_SHARED)]);
 564         }
 565
 566         if (vm_flags & VM_SAO)
 567                 prot |= _PAGE_SAO;
 568
 569 #ifdef CONFIG_PPC_MEM_KEYS
 570         prot |= vmflag_to_pte_pkey_bits(vm_flags);
 571 #endif
 572
 573         return __pgprot(prot);
 574 }
 575 EXPORT_SYMBOL(vm_get_page_prot);