mm/sparse-vmemmap.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * Virtual Memory Map support
   4  *
   5  * (C) 2007 sgi. Christoph Lameter.
   6  *
   7  * Virtual memory maps allow VM primitives pfn_to_page, page_to_pfn,
   8  * virt_to_page, page_address() to be implemented as a base offset
   9  * calculation without memory access.
  10  *
  11  * However, virtual mappings need a page table and TLBs. Many Linux
  12  * architectures already map their physical space using 1-1 mappings
  13  * via TLBs. For those arches the virtual memory map is essentially
  14  * for free if we use the same page size as the 1-1 mappings. In that
  15  * case the overhead consists of a few additional pages that are
  16  * allocated to create a view of memory for vmemmap.
  17  *
  18  * The architecture is expected to provide a vmemmap_populate() function
  19  * to instantiate the mapping.
  20  */
  21 #include <linux/mm.h>
  22 #include <linux/mmzone.h>
  23 #include <linux/bootmem.h>
  24 #include <linux/memremap.h>
  25 #include <linux/highmem.h>
  26 #include <linux/slab.h>
  27 #include <linux/spinlock.h>
  28 #include <linux/vmalloc.h>
  29 #include <linux/sched.h>
  30 #include <asm/dma.h>
  31 #include <asm/pgalloc.h>
  32 #include <asm/pgtable.h>
  33
  34 /*
  35  * Allocate a block of memory to be used to back the virtual memory map
  36  * or to back the page tables that are used to create the mapping.
  37  * Uses the main allocators if they are available, else bootmem.
  38  */
  39
  40 static void * __ref __earlyonly_bootmem_alloc(int node,
  41                                 unsigned long size,
  42                                 unsigned long align,
  43                                 unsigned long goal)
  44 {
  45         return memblock_virt_alloc_try_nid_raw(size, align, goal,
  46                                             BOOTMEM_ALLOC_ACCESSIBLE, node);
  47 }
  48
  49 static void *vmemmap_buf;
  50 static void *vmemmap_buf_end;
  51
  52 void * __meminit vmemmap_alloc_block(unsigned long size, int node)
  53 {
  54         /* If the main allocator is up use that, fallback to bootmem. */
  55         if (slab_is_available()) {
  56                 struct page *page;
  57
  58                 page = alloc_pages_node(node, GFP_KERNEL | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
  59                                         get_order(size));
  60                 if (page)
  61                         return page_address(page);
  62                 return NULL;
  63         } else
  64                 return __earlyonly_bootmem_alloc(node, size, size,
  65                                 __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
  66 }
  67
  68 /* need to make sure size is all the same during early stage */
  69 static void * __meminit alloc_block_buf(unsigned long size, int node)
  70 {
  71         void *ptr;
  72
  73         if (!vmemmap_buf)
  74                 return vmemmap_alloc_block(size, node);
  75
  76         /* take the from buf */
  77         ptr = (void *)ALIGN((unsigned long)vmemmap_buf, size);
  78         if (ptr + size > vmemmap_buf_end)
  79                 return vmemmap_alloc_block(size, node);
  80
  81         vmemmap_buf = ptr + size;
  82
  83         return ptr;
  84 }
  85
  86 static unsigned long __meminit vmem_altmap_next_pfn(struct vmem_altmap *altmap)
  87 {
  88         return altmap->base_pfn + altmap->reserve + altmap->alloc
  89                 + altmap->align;
  90 }
  91
  92 static unsigned long __meminit vmem_altmap_nr_free(struct vmem_altmap *altmap)
  93 {
  94         unsigned long allocated = altmap->alloc + altmap->align;
  95
  96         if (altmap->free > allocated)
  97                 return altmap->free - allocated;
  98         return 0;
  99 }
 100
 101 /**
 102  * vmem_altmap_alloc - allocate pages from the vmem_altmap reservation
 103  * @altmap - reserved page pool for the allocation
 104  * @nr_pfns - size (in pages) of the allocation
 105  *
 106  * Allocations are aligned to the size of the request
 107  */
 108 static unsigned long __meminit vmem_altmap_alloc(struct vmem_altmap *altmap,
 109                 unsigned long nr_pfns)
 110 {
 111         unsigned long pfn = vmem_altmap_next_pfn(altmap);
 112         unsigned long nr_align;
 113
 114         nr_align = 1UL << find_first_bit(&nr_pfns, BITS_PER_LONG);
 115         nr_align = ALIGN(pfn, nr_align) - pfn;
 116
 117         if (nr_pfns + nr_align > vmem_altmap_nr_free(altmap))
 118                 return ULONG_MAX;
 119         altmap->alloc += nr_pfns;
 120         altmap->align += nr_align;
 121         return pfn + nr_align;
 122 }
 123
 124 static void * __meminit altmap_alloc_block_buf(unsigned long size,
 125                 struct vmem_altmap *altmap)
 126 {
 127         unsigned long pfn, nr_pfns;
 128         void *ptr;
 129
 130         if (size & ~PAGE_MASK) {
 131                 pr_warn_once("%s: allocations must be multiple of PAGE_SIZE (%ld)\n",
 132                                 __func__, size);
 133                 return NULL;
 134         }
 135
 136         nr_pfns = size >> PAGE_SHIFT;
 137         pfn = vmem_altmap_alloc(altmap, nr_pfns);
 138         if (pfn < ULONG_MAX)
 139                 ptr = __va(__pfn_to_phys(pfn));
 140         else
 141                 ptr = NULL;
 142         pr_debug("%s: pfn: %#lx alloc: %ld align: %ld nr: %#lx\n",
 143                         __func__, pfn, altmap->alloc, altmap->align, nr_pfns);
 144
 145         return ptr;
 146 }
 147
 148 /* need to make sure size is all the same during early stage */
 149 void * __meminit __vmemmap_alloc_block_buf(unsigned long size, int node,
 150                 struct vmem_altmap *altmap)
 151 {
 152         if (altmap)
 153                 return altmap_alloc_block_buf(size, altmap);
 154         return alloc_block_buf(size, node);
 155 }
 156
 157 void __meminit vmemmap_verify(pte_t *pte, int node,
 158                                 unsigned long start, unsigned long end)
 159 {
 160         unsigned long pfn = pte_pfn(*pte);
 161         int actual_node = early_pfn_to_nid(pfn);
 162
 163         if (node_distance(actual_node, node) > LOCAL_DISTANCE)
 164                 pr_warn("[%lx-%lx] potential offnode page_structs\n",
 165                         start, end - 1);
 166 }
 167
 168 pte_t * __meminit vmemmap_pte_populate(pmd_t *pmd, unsigned long addr, int node)
 169 {
 170         pte_t *pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 171         if (pte_none(*pte)) {
 172                 pte_t entry;
 173                 void *p = alloc_block_buf(PAGE_SIZE, node);
 174                 if (!p)
 175                         return NULL;
 176                 entry = pfn_pte(__pa(p) >> PAGE_SHIFT, PAGE_KERNEL);
 177                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry);
 178         }
 179         return pte;
 180 }
 181
 182 static void * __meminit vmemmap_alloc_block_zero(unsigned long size, int node)
 183 {
 184         void *p = vmemmap_alloc_block(size, node);
 185
 186         if (!p)
 187                 return NULL;
 188         memset(p, 0, size);
 189
 190         return p;
 191 }
 192
 193 pmd_t * __meminit vmemmap_pmd_populate(pud_t *pud, unsigned long addr, int node)
 194 {
 195         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
 196         if (pmd_none(*pmd)) {
 197                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 198                 if (!p)
 199                         return NULL;
 200                 pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, p);
 201         }
 202         return pmd;
 203 }
 204
 205 pud_t * __meminit vmemmap_pud_populate(p4d_t *p4d, unsigned long addr, int node)
 206 {
 207         pud_t *pud = pud_offset(p4d, addr);
 208         if (pud_none(*pud)) {
 209                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 210                 if (!p)
 211                         return NULL;
 212                 pud_populate(&init_mm, pud, p);
 213         }
 214         return pud;
 215 }
 216
 217 p4d_t * __meminit vmemmap_p4d_populate(pgd_t *pgd, unsigned long addr, int node)
 218 {
 219         p4d_t *p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 220         if (p4d_none(*p4d)) {
 221                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 222                 if (!p)
 223                         return NULL;
 224                 p4d_populate(&init_mm, p4d, p);
 225         }
 226         return p4d;
 227 }
 228
 229 pgd_t * __meminit vmemmap_pgd_populate(unsigned long addr, int node)
 230 {
 231         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 232         if (pgd_none(*pgd)) {
 233                 void *p = vmemmap_alloc_block_zero(PAGE_SIZE, node);
 234                 if (!p)
 235                         return NULL;
 236                 pgd_populate(&init_mm, pgd, p);
 237         }
 238         return pgd;
 239 }
 240
 241 int __meminit vmemmap_populate_basepages(unsigned long start,
 242                                          unsigned long end, int node)
 243 {
 244         unsigned long addr = start;
 245         pgd_t *pgd;
 246         p4d_t *p4d;
 247         pud_t *pud;
 248         pmd_t *pmd;
 249         pte_t *pte;
 250
 251         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 252                 pgd = vmemmap_pgd_populate(addr, node);
 253                 if (!pgd)
 254                         return -ENOMEM;
 255                 p4d = vmemmap_p4d_populate(pgd, addr, node);
 256                 if (!p4d)
 257                         return -ENOMEM;
 258                 pud = vmemmap_pud_populate(p4d, addr, node);
 259                 if (!pud)
 260                         return -ENOMEM;
 261                 pmd = vmemmap_pmd_populate(pud, addr, node);
 262                 if (!pmd)
 263                         return -ENOMEM;
 264                 pte = vmemmap_pte_populate(pmd, addr, node);
 265                 if (!pte)
 266                         return -ENOMEM;
 267                 vmemmap_verify(pte, node, addr, addr + PAGE_SIZE);
 268         }
 269
 270         return 0;
 271 }
 272
 273 struct page * __meminit sparse_mem_map_populate(unsigned long pnum, int nid)
 274 {
 275         unsigned long start;
 276         unsigned long end;
 277         struct page *map;
 278
 279         map = pfn_to_page(pnum * PAGES_PER_SECTION);
 280         start = (unsigned long)map;
 281         end = (unsigned long)(map + PAGES_PER_SECTION);
 282
 283         if (vmemmap_populate(start, end, nid))
 284                 return NULL;
 285
 286         return map;
 287 }
 288
 289 void __init sparse_mem_maps_populate_node(struct page **map_map,
 290                                           unsigned long pnum_begin,
 291                                           unsigned long pnum_end,
 292                                           unsigned long map_count, int nodeid)
 293 {
 294         unsigned long pnum;
 295         unsigned long size = sizeof(struct page) * PAGES_PER_SECTION;
 296         void *vmemmap_buf_start;
 297
 298         size = ALIGN(size, PMD_SIZE);
 299         vmemmap_buf_start = __earlyonly_bootmem_alloc(nodeid, size * map_count,
 300                          PMD_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
 301
 302         if (vmemmap_buf_start) {
 303                 vmemmap_buf = vmemmap_buf_start;
 304                 vmemmap_buf_end = vmemmap_buf_start + size * map_count;
 305         }
 306
 307         for (pnum = pnum_begin; pnum < pnum_end; pnum++) {
 308                 struct mem_section *ms;
 309
 310                 if (!present_section_nr(pnum))
 311                         continue;
 312
 313                 map_map[pnum] = sparse_mem_map_populate(pnum, nodeid);
 314                 if (map_map[pnum])
 315                         continue;
 316                 ms = __nr_to_section(pnum);
 317                 pr_err("%s: sparsemem memory map backing failed some memory will not be available\n",
 318                        __func__);
 319                 ms->section_mem_map = 0;
 320         }
 321
 322         if (vmemmap_buf_start) {
 323                 /* need to free left buf */
 324                 memblock_free_early(__pa(vmemmap_buf),
 325                                     vmemmap_buf_end - vmemmap_buf);
 326                 vmemmap_buf = NULL;
 327                 vmemmap_buf_end = NULL;
 328         }
 329 }