Merge branch 'perf/urgent' into perf/core, to pick up fixes
[sfrench/cifs-2.6.git] / arch / s390 / mm / pgalloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  *  Page table allocation functions
4  *
5  *    Copyright IBM Corp. 2016
6  *    Author(s): Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
7  */
8
9 #include <linux/sysctl.h>
10 #include <linux/slab.h>
11 #include <linux/mm.h>
12 #include <asm/mmu_context.h>
13 #include <asm/pgalloc.h>
14 #include <asm/gmap.h>
15 #include <asm/tlb.h>
16 #include <asm/tlbflush.h>
17
18 #ifdef CONFIG_PGSTE
19
20 static int page_table_allocate_pgste_min = 0;
21 static int page_table_allocate_pgste_max = 1;
22 int page_table_allocate_pgste = 0;
23 EXPORT_SYMBOL(page_table_allocate_pgste);
24
25 static struct ctl_table page_table_sysctl[] = {
26         {
27                 .procname       = "allocate_pgste",
28                 .data           = &page_table_allocate_pgste,
29                 .maxlen         = sizeof(int),
30                 .mode           = S_IRUGO | S_IWUSR,
31                 .proc_handler   = proc_dointvec,
32                 .extra1         = &page_table_allocate_pgste_min,
33                 .extra2         = &page_table_allocate_pgste_max,
34         },
35         { }
36 };
37
38 static struct ctl_table page_table_sysctl_dir[] = {
39         {
40                 .procname       = "vm",
41                 .maxlen         = 0,
42                 .mode           = 0555,
43                 .child          = page_table_sysctl,
44         },
45         { }
46 };
47
48 static int __init page_table_register_sysctl(void)
49 {
50         return register_sysctl_table(page_table_sysctl_dir) ? 0 : -ENOMEM;
51 }
52 __initcall(page_table_register_sysctl);
53
54 #endif /* CONFIG_PGSTE */
55
56 unsigned long *crst_table_alloc(struct mm_struct *mm)
57 {
58         struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, 2);
59
60         if (!page)
61                 return NULL;
62         arch_set_page_dat(page, 2);
63         return (unsigned long *) page_to_phys(page);
64 }
65
66 void crst_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
67 {
68         free_pages((unsigned long) table, 2);
69 }
70
71 static void __crst_table_upgrade(void *arg)
72 {
73         struct mm_struct *mm = arg;
74
75         if (current->active_mm == mm)
76                 set_user_asce(mm);
77         __tlb_flush_local();
78 }
79
80 int crst_table_upgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long end)
81 {
82         unsigned long *table, *pgd;
83         int rc, notify;
84
85         /* upgrade should only happen from 3 to 4, 3 to 5, or 4 to 5 levels */
86         VM_BUG_ON(mm->context.asce_limit < _REGION2_SIZE);
87         rc = 0;
88         notify = 0;
89         while (mm->context.asce_limit < end) {
90                 table = crst_table_alloc(mm);
91                 if (!table) {
92                         rc = -ENOMEM;
93                         break;
94                 }
95                 spin_lock_bh(&mm->page_table_lock);
96                 pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
97                 if (mm->context.asce_limit == _REGION2_SIZE) {
98                         crst_table_init(table, _REGION2_ENTRY_EMPTY);
99                         p4d_populate(mm, (p4d_t *) table, (pud_t *) pgd);
100                         mm->pgd = (pgd_t *) table;
101                         mm->context.asce_limit = _REGION1_SIZE;
102                         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
103                                 _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION2;
104                 } else {
105                         crst_table_init(table, _REGION1_ENTRY_EMPTY);
106                         pgd_populate(mm, (pgd_t *) table, (p4d_t *) pgd);
107                         mm->pgd = (pgd_t *) table;
108                         mm->context.asce_limit = -PAGE_SIZE;
109                         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
110                                 _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_REGION1;
111                 }
112                 notify = 1;
113                 spin_unlock_bh(&mm->page_table_lock);
114         }
115         if (notify)
116                 on_each_cpu(__crst_table_upgrade, mm, 0);
117         return rc;
118 }
119
120 void crst_table_downgrade(struct mm_struct *mm)
121 {
122         pgd_t *pgd;
123
124         /* downgrade should only happen from 3 to 2 levels (compat only) */
125         VM_BUG_ON(mm->context.asce_limit != _REGION2_SIZE);
126
127         if (current->active_mm == mm) {
128                 clear_user_asce();
129                 __tlb_flush_mm(mm);
130         }
131
132         pgd = mm->pgd;
133         mm->pgd = (pgd_t *) (pgd_val(*pgd) & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
134         mm->context.asce_limit = _REGION3_SIZE;
135         mm->context.asce = __pa(mm->pgd) | _ASCE_TABLE_LENGTH |
136                            _ASCE_USER_BITS | _ASCE_TYPE_SEGMENT;
137         crst_table_free(mm, (unsigned long *) pgd);
138
139         if (current->active_mm == mm)
140                 set_user_asce(mm);
141 }
142
143 static inline unsigned int atomic_xor_bits(atomic_t *v, unsigned int bits)
144 {
145         unsigned int old, new;
146
147         do {
148                 old = atomic_read(v);
149                 new = old ^ bits;
150         } while (atomic_cmpxchg(v, old, new) != old);
151         return new;
152 }
153
154 #ifdef CONFIG_PGSTE
155
156 struct page *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm)
157 {
158         struct page *page;
159         u64 *table;
160
161         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
162         if (page) {
163                 table = (u64 *)page_to_phys(page);
164                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
165                 memset64(table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
166         }
167         return page;
168 }
169
170 void page_table_free_pgste(struct page *page)
171 {
172         __free_page(page);
173 }
174
175 #endif /* CONFIG_PGSTE */
176
177 /*
178  * page table entry allocation/free routines.
179  */
180 unsigned long *page_table_alloc(struct mm_struct *mm)
181 {
182         unsigned long *table;
183         struct page *page;
184         unsigned int mask, bit;
185
186         /* Try to get a fragment of a 4K page as a 2K page table */
187         if (!mm_alloc_pgste(mm)) {
188                 table = NULL;
189                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
190                 if (!list_empty(&mm->context.pgtable_list)) {
191                         page = list_first_entry(&mm->context.pgtable_list,
192                                                 struct page, lru);
193                         mask = atomic_read(&page->_refcount) >> 24;
194                         mask = (mask | (mask >> 4)) & 3;
195                         if (mask != 3) {
196                                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
197                                 bit = mask & 1;         /* =1 -> second 2K */
198                                 if (bit)
199                                         table += PTRS_PER_PTE;
200                                 atomic_xor_bits(&page->_refcount,
201                                                         1U << (bit + 24));
202                                 list_del(&page->lru);
203                         }
204                 }
205                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
206                 if (table)
207                         return table;
208         }
209         /* Allocate a fresh page */
210         page = alloc_page(GFP_KERNEL);
211         if (!page)
212                 return NULL;
213         if (!pgtable_page_ctor(page)) {
214                 __free_page(page);
215                 return NULL;
216         }
217         arch_set_page_dat(page, 0);
218         /* Initialize page table */
219         table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
220         if (mm_alloc_pgste(mm)) {
221                 /* Return 4K page table with PGSTEs */
222                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 3 << 24);
223                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
224                 memset64((u64 *)table + PTRS_PER_PTE, 0, PTRS_PER_PTE);
225         } else {
226                 /* Return the first 2K fragment of the page */
227                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 1 << 24);
228                 memset64((u64 *)table, _PAGE_INVALID, 2 * PTRS_PER_PTE);
229                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
230                 list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
231                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
232         }
233         return table;
234 }
235
236 void page_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
237 {
238         struct page *page;
239         unsigned int bit, mask;
240
241         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
242         if (!mm_alloc_pgste(mm)) {
243                 /* Free 2K page table fragment of a 4K page */
244                 bit = (__pa(table) & ~PAGE_MASK)/(PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t));
245                 spin_lock_bh(&mm->context.lock);
246                 mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, 1U << (bit + 24));
247                 mask >>= 24;
248                 if (mask & 3)
249                         list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
250                 else
251                         list_del(&page->lru);
252                 spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
253                 if (mask != 0)
254                         return;
255         } else {
256                 atomic_xor_bits(&page->_refcount, 3U << 24);
257         }
258
259         pgtable_page_dtor(page);
260         __free_page(page);
261 }
262
263 void page_table_free_rcu(struct mmu_gather *tlb, unsigned long *table,
264                          unsigned long vmaddr)
265 {
266         struct mm_struct *mm;
267         struct page *page;
268         unsigned int bit, mask;
269
270         mm = tlb->mm;
271         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
272         if (mm_alloc_pgste(mm)) {
273                 gmap_unlink(mm, table, vmaddr);
274                 table = (unsigned long *) (__pa(table) | 3);
275                 tlb_remove_table(tlb, table);
276                 return;
277         }
278         bit = (__pa(table) & ~PAGE_MASK) / (PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t));
279         spin_lock_bh(&mm->context.lock);
280         mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, 0x11U << (bit + 24));
281         mask >>= 24;
282         if (mask & 3)
283                 list_add_tail(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
284         else
285                 list_del(&page->lru);
286         spin_unlock_bh(&mm->context.lock);
287         table = (unsigned long *) (__pa(table) | (1U << bit));
288         tlb_remove_table(tlb, table);
289 }
290
291 static void __tlb_remove_table(void *_table)
292 {
293         unsigned int mask = (unsigned long) _table & 3;
294         void *table = (void *)((unsigned long) _table ^ mask);
295         struct page *page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
296
297         switch (mask) {
298         case 0:         /* pmd, pud, or p4d */
299                 free_pages((unsigned long) table, 2);
300                 break;
301         case 1:         /* lower 2K of a 4K page table */
302         case 2:         /* higher 2K of a 4K page table */
303                 mask = atomic_xor_bits(&page->_refcount, mask << (4 + 24));
304                 mask >>= 24;
305                 if (mask != 0)
306                         break;
307                 /* fallthrough */
308         case 3:         /* 4K page table with pgstes */
309                 if (mask & 3)
310                         atomic_xor_bits(&page->_refcount, 3 << 24);
311                 pgtable_page_dtor(page);
312                 __free_page(page);
313                 break;
314         }
315 }
316
317 static void tlb_remove_table_smp_sync(void *arg)
318 {
319         /* Simply deliver the interrupt */
320 }
321
322 static void tlb_remove_table_one(void *table)
323 {
324         /*
325          * This isn't an RCU grace period and hence the page-tables cannot be
326          * assumed to be actually RCU-freed.
327          *
328          * It is however sufficient for software page-table walkers that rely
329          * on IRQ disabling. See the comment near struct mmu_table_batch.
330          */
331         smp_call_function(tlb_remove_table_smp_sync, NULL, 1);
332         __tlb_remove_table(table);
333 }
334
335 static void tlb_remove_table_rcu(struct rcu_head *head)
336 {
337         struct mmu_table_batch *batch;
338         int i;
339
340         batch = container_of(head, struct mmu_table_batch, rcu);
341
342         for (i = 0; i < batch->nr; i++)
343                 __tlb_remove_table(batch->tables[i]);
344
345         free_page((unsigned long)batch);
346 }
347
348 void tlb_table_flush(struct mmu_gather *tlb)
349 {
350         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
351
352         if (*batch) {
353                 call_rcu_sched(&(*batch)->rcu, tlb_remove_table_rcu);
354                 *batch = NULL;
355         }
356 }
357
358 void tlb_remove_table(struct mmu_gather *tlb, void *table)
359 {
360         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
361
362         tlb->mm->context.flush_mm = 1;
363         if (*batch == NULL) {
364                 *batch = (struct mmu_table_batch *)
365                         __get_free_page(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
366                 if (*batch == NULL) {
367                         __tlb_flush_mm_lazy(tlb->mm);
368                         tlb_remove_table_one(table);
369                         return;
370                 }
371                 (*batch)->nr = 0;
372         }
373         (*batch)->tables[(*batch)->nr++] = table;
374         if ((*batch)->nr == MAX_TABLE_BATCH)
375                 tlb_flush_mmu(tlb);
376 }
377
378 /*
379  * Base infrastructure required to generate basic asces, region, segment,
380  * and page tables that do not make use of enhanced features like EDAT1.
381  */
382
383 static struct kmem_cache *base_pgt_cache;
384
385 static unsigned long base_pgt_alloc(void)
386 {
387         u64 *table;
388
389         table = kmem_cache_alloc(base_pgt_cache, GFP_KERNEL);
390         if (table)
391                 memset64(table, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
392         return (unsigned long) table;
393 }
394
395 static void base_pgt_free(unsigned long table)
396 {
397         kmem_cache_free(base_pgt_cache, (void *) table);
398 }
399
400 static unsigned long base_crst_alloc(unsigned long val)
401 {
402         unsigned long table;
403
404         table =  __get_free_pages(GFP_KERNEL, CRST_ALLOC_ORDER);
405         if (table)
406                 crst_table_init((unsigned long *)table, val);
407         return table;
408 }
409
410 static void base_crst_free(unsigned long table)
411 {
412         free_pages(table, CRST_ALLOC_ORDER);
413 }
414
415 #define BASE_ADDR_END_FUNC(NAME, SIZE)                                  \
416 static inline unsigned long base_##NAME##_addr_end(unsigned long addr,  \
417                                                    unsigned long end)   \
418 {                                                                       \
419         unsigned long next = (addr + (SIZE)) & ~((SIZE) - 1);           \
420                                                                         \
421         return (next - 1) < (end - 1) ? next : end;                     \
422 }
423
424 BASE_ADDR_END_FUNC(page,    _PAGE_SIZE)
425 BASE_ADDR_END_FUNC(segment, _SEGMENT_SIZE)
426 BASE_ADDR_END_FUNC(region3, _REGION3_SIZE)
427 BASE_ADDR_END_FUNC(region2, _REGION2_SIZE)
428 BASE_ADDR_END_FUNC(region1, _REGION1_SIZE)
429
430 static inline unsigned long base_lra(unsigned long address)
431 {
432         unsigned long real;
433
434         asm volatile(
435                 "       lra     %0,0(%1)\n"
436                 : "=d" (real) : "a" (address) : "cc");
437         return real;
438 }
439
440 static int base_page_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
441                           unsigned long end, int alloc)
442 {
443         unsigned long *pte, next;
444
445         if (!alloc)
446                 return 0;
447         pte = (unsigned long *) origin;
448         pte += (addr & _PAGE_INDEX) >> _PAGE_SHIFT;
449         do {
450                 next = base_page_addr_end(addr, end);
451                 *pte = base_lra(addr);
452         } while (pte++, addr = next, addr < end);
453         return 0;
454 }
455
456 static int base_segment_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
457                              unsigned long end, int alloc)
458 {
459         unsigned long *ste, next, table;
460         int rc;
461
462         ste = (unsigned long *) origin;
463         ste += (addr & _SEGMENT_INDEX) >> _SEGMENT_SHIFT;
464         do {
465                 next = base_segment_addr_end(addr, end);
466                 if (*ste & _SEGMENT_ENTRY_INVALID) {
467                         if (!alloc)
468                                 continue;
469                         table = base_pgt_alloc();
470                         if (!table)
471                                 return -ENOMEM;
472                         *ste = table | _SEGMENT_ENTRY;
473                 }
474                 table = *ste & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN;
475                 rc = base_page_walk(table, addr, next, alloc);
476                 if (rc)
477                         return rc;
478                 if (!alloc)
479                         base_pgt_free(table);
480                 cond_resched();
481         } while (ste++, addr = next, addr < end);
482         return 0;
483 }
484
485 static int base_region3_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
486                              unsigned long end, int alloc)
487 {
488         unsigned long *rtte, next, table;
489         int rc;
490
491         rtte = (unsigned long *) origin;
492         rtte += (addr & _REGION3_INDEX) >> _REGION3_SHIFT;
493         do {
494                 next = base_region3_addr_end(addr, end);
495                 if (*rtte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
496                         if (!alloc)
497                                 continue;
498                         table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
499                         if (!table)
500                                 return -ENOMEM;
501                         *rtte = table | _REGION3_ENTRY;
502                 }
503                 table = *rtte & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
504                 rc = base_segment_walk(table, addr, next, alloc);
505                 if (rc)
506                         return rc;
507                 if (!alloc)
508                         base_crst_free(table);
509         } while (rtte++, addr = next, addr < end);
510         return 0;
511 }
512
513 static int base_region2_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
514                              unsigned long end, int alloc)
515 {
516         unsigned long *rste, next, table;
517         int rc;
518
519         rste = (unsigned long *) origin;
520         rste += (addr & _REGION2_INDEX) >> _REGION2_SHIFT;
521         do {
522                 next = base_region2_addr_end(addr, end);
523                 if (*rste & _REGION_ENTRY_INVALID) {
524                         if (!alloc)
525                                 continue;
526                         table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
527                         if (!table)
528                                 return -ENOMEM;
529                         *rste = table | _REGION2_ENTRY;
530                 }
531                 table = *rste & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
532                 rc = base_region3_walk(table, addr, next, alloc);
533                 if (rc)
534                         return rc;
535                 if (!alloc)
536                         base_crst_free(table);
537         } while (rste++, addr = next, addr < end);
538         return 0;
539 }
540
541 static int base_region1_walk(unsigned long origin, unsigned long addr,
542                              unsigned long end, int alloc)
543 {
544         unsigned long *rfte, next, table;
545         int rc;
546
547         rfte = (unsigned long *) origin;
548         rfte += (addr & _REGION1_INDEX) >> _REGION1_SHIFT;
549         do {
550                 next = base_region1_addr_end(addr, end);
551                 if (*rfte & _REGION_ENTRY_INVALID) {
552                         if (!alloc)
553                                 continue;
554                         table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
555                         if (!table)
556                                 return -ENOMEM;
557                         *rfte = table | _REGION1_ENTRY;
558                 }
559                 table = *rfte & _REGION_ENTRY_ORIGIN;
560                 rc = base_region2_walk(table, addr, next, alloc);
561                 if (rc)
562                         return rc;
563                 if (!alloc)
564                         base_crst_free(table);
565         } while (rfte++, addr = next, addr < end);
566         return 0;
567 }
568
569 /**
570  * base_asce_free - free asce and tables returned from base_asce_alloc()
571  * @asce: asce to be freed
572  *
573  * Frees all region, segment, and page tables that were allocated with a
574  * corresponding base_asce_alloc() call.
575  */
576 void base_asce_free(unsigned long asce)
577 {
578         unsigned long table = asce & _ASCE_ORIGIN;
579
580         if (!asce)
581                 return;
582         switch (asce & _ASCE_TYPE_MASK) {
583         case _ASCE_TYPE_SEGMENT:
584                 base_segment_walk(table, 0, _REGION3_SIZE, 0);
585                 break;
586         case _ASCE_TYPE_REGION3:
587                 base_region3_walk(table, 0, _REGION2_SIZE, 0);
588                 break;
589         case _ASCE_TYPE_REGION2:
590                 base_region2_walk(table, 0, _REGION1_SIZE, 0);
591                 break;
592         case _ASCE_TYPE_REGION1:
593                 base_region1_walk(table, 0, -_PAGE_SIZE, 0);
594                 break;
595         }
596         base_crst_free(table);
597 }
598
599 static int base_pgt_cache_init(void)
600 {
601         static DEFINE_MUTEX(base_pgt_cache_mutex);
602         unsigned long sz = _PAGE_TABLE_SIZE;
603
604         if (base_pgt_cache)
605                 return 0;
606         mutex_lock(&base_pgt_cache_mutex);
607         if (!base_pgt_cache)
608                 base_pgt_cache = kmem_cache_create("base_pgt", sz, sz, 0, NULL);
609         mutex_unlock(&base_pgt_cache_mutex);
610         return base_pgt_cache ? 0 : -ENOMEM;
611 }
612
613 /**
614  * base_asce_alloc - create kernel mapping without enhanced DAT features
615  * @addr: virtual start address of kernel mapping
616  * @num_pages: number of consecutive pages
617  *
618  * Generate an asce, including all required region, segment and page tables,
619  * that can be used to access the virtual kernel mapping. The difference is
620  * that the returned asce does not make use of any enhanced DAT features like
621  * e.g. large pages. This is required for some I/O functions that pass an
622  * asce, like e.g. some service call requests.
623  *
624  * Note: the returned asce may NEVER be attached to any cpu. It may only be
625  *       used for I/O requests. tlb entries that might result because the
626  *       asce was attached to a cpu won't be cleared.
627  */
628 unsigned long base_asce_alloc(unsigned long addr, unsigned long num_pages)
629 {
630         unsigned long asce, table, end;
631         int rc;
632
633         if (base_pgt_cache_init())
634                 return 0;
635         end = addr + num_pages * PAGE_SIZE;
636         if (end <= _REGION3_SIZE) {
637                 table = base_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
638                 if (!table)
639                         return 0;
640                 rc = base_segment_walk(table, addr, end, 1);
641                 asce = table | _ASCE_TYPE_SEGMENT | _ASCE_TABLE_LENGTH;
642         } else if (end <= _REGION2_SIZE) {
643                 table = base_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
644                 if (!table)
645                         return 0;
646                 rc = base_region3_walk(table, addr, end, 1);
647                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION3 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
648         } else if (end <= _REGION1_SIZE) {
649                 table = base_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
650                 if (!table)
651                         return 0;
652                 rc = base_region2_walk(table, addr, end, 1);
653                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION2 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
654         } else {
655                 table = base_crst_alloc(_REGION1_ENTRY_EMPTY);
656                 if (!table)
657                         return 0;
658                 rc = base_region1_walk(table, addr, end, 1);
659                 asce = table | _ASCE_TYPE_REGION1 | _ASCE_TABLE_LENGTH;
660         }
661         if (rc) {
662                 base_asce_free(asce);
663                 asce = 0;
664         }
665         return asce;
666 }