Merge tag 'pm-4.20-rc3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/rafael/linux-pm
[sfrench/cifs-2.6.git] / arch / arm64 / mm / init.c
1 /*
2  * Based on arch/arm/mm/init.c
3  *
4  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
5  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
6  *
7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
9  * published by the Free Software Foundation.
10  *
11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19
20 #include <linux/kernel.h>
21 #include <linux/export.h>
22 #include <linux/errno.h>
23 #include <linux/swap.h>
24 #include <linux/init.h>
25 #include <linux/cache.h>
26 #include <linux/mman.h>
27 #include <linux/nodemask.h>
28 #include <linux/initrd.h>
29 #include <linux/gfp.h>
30 #include <linux/memblock.h>
31 #include <linux/sort.h>
32 #include <linux/of.h>
33 #include <linux/of_fdt.h>
34 #include <linux/dma-mapping.h>
35 #include <linux/dma-contiguous.h>
36 #include <linux/efi.h>
37 #include <linux/swiotlb.h>
38 #include <linux/vmalloc.h>
39 #include <linux/mm.h>
40 #include <linux/kexec.h>
41 #include <linux/crash_dump.h>
42
43 #include <asm/boot.h>
44 #include <asm/fixmap.h>
45 #include <asm/kasan.h>
46 #include <asm/kernel-pgtable.h>
47 #include <asm/memory.h>
48 #include <asm/numa.h>
49 #include <asm/sections.h>
50 #include <asm/setup.h>
51 #include <asm/sizes.h>
52 #include <asm/tlb.h>
53 #include <asm/alternative.h>
54
55 /*
56  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
57  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
58  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
59  * that cannot be mistaken for a real physical address.
60  */
61 s64 memstart_addr __ro_after_init = -1;
62 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
63
64 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
65 static int __init early_initrd(char *p)
66 {
67         unsigned long start, size;
68         char *endp;
69
70         start = memparse(p, &endp);
71         if (*endp == ',') {
72                 size = memparse(endp + 1, NULL);
73
74                 initrd_start = start;
75                 initrd_end = start + size;
76         }
77         return 0;
78 }
79 early_param("initrd", early_initrd);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
83 /*
84  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
85  *
86  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
87  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
88  * primary kernel is crashing.
89  */
90 static void __init reserve_crashkernel(void)
91 {
92         unsigned long long crash_base, crash_size;
93         int ret;
94
95         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
96                                 &crash_size, &crash_base);
97         /* no crashkernel= or invalid value specified */
98         if (ret || !crash_size)
99                 return;
100
101         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
102
103         if (crash_base == 0) {
104                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
105                 crash_base = memblock_find_in_range(0, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT,
106                                 crash_size, SZ_2M);
107                 if (crash_base == 0) {
108                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
109                                 crash_size);
110                         return;
111                 }
112         } else {
113                 /* User specifies base address explicitly. */
114                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
115                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
116                         return;
117                 }
118
119                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
120                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
121                         return;
122                 }
123
124                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
125                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
126                         return;
127                 }
128         }
129         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
130
131         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
132                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
133
134         crashk_res.start = crash_base;
135         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
136 }
137
138 static void __init kexec_reserve_crashkres_pages(void)
139 {
140 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
141         phys_addr_t addr;
142         struct page *page;
143
144         if (!crashk_res.end)
145                 return;
146
147         /*
148          * To reduce the size of hibernation image, all the pages are
149          * marked as Reserved initially.
150          */
151         for (addr = crashk_res.start; addr < (crashk_res.end + 1);
152                         addr += PAGE_SIZE) {
153                 page = phys_to_page(addr);
154                 SetPageReserved(page);
155         }
156 #endif
157 }
158 #else
159 static void __init reserve_crashkernel(void)
160 {
161 }
162
163 static void __init kexec_reserve_crashkres_pages(void)
164 {
165 }
166 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
167
168 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
169 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
170                 const char *uname, int depth, void *data)
171 {
172         const __be32 *reg;
173         int len;
174
175         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
176                 return 0;
177
178         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
179         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
180                 return 1;
181
182         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
183         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
184
185         return 1;
186 }
187
188 /*
189  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
190  *
191  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
192  * described in the device tree. This region contains all the
193  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
194  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
195  */
196 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
197 {
198         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
199
200         if (!elfcorehdr_size)
201                 return;
202
203         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
204                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
205                 return;
206         }
207
208         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
209
210         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
211                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
212 }
213 #else
214 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
215 {
216 }
217 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
218 /*
219  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA32 (DMA_BIT_MASK(32)). It
220  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
221  * use a DMA offset.
222  */
223 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
224 {
225         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
226         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
227 }
228
229 #ifdef CONFIG_NUMA
230
231 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
232 {
233         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
234
235         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
236                 max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
237         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
238
239         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
240 }
241
242 #else
243
244 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
245 {
246         struct memblock_region *reg;
247         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
248         unsigned long max_dma = min;
249
250         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
251
252         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
253 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
254         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
255         zone_size[ZONE_DMA32] = max_dma - min;
256 #endif
257         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
258
259         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
260
261         for_each_memblock(memory, reg) {
262                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
263                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
264
265                 if (start >= max)
266                         continue;
267
268 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
269                 if (start < max_dma) {
270                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
271                         zhole_size[ZONE_DMA32] -= dma_end - start;
272                 }
273 #endif
274                 if (end > max_dma) {
275                         unsigned long normal_end = min(end, max);
276                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
277                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
278                 }
279         }
280
281         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
282 }
283
284 #endif /* CONFIG_NUMA */
285
286 int pfn_valid(unsigned long pfn)
287 {
288         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
289
290         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
291                 return 0;
292         return memblock_is_map_memory(addr);
293 }
294 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
295
296 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
297 static void __init arm64_memory_present(void)
298 {
299 }
300 #else
301 static void __init arm64_memory_present(void)
302 {
303         struct memblock_region *reg;
304
305         for_each_memblock(memory, reg) {
306                 int nid = memblock_get_region_node(reg);
307
308                 memory_present(nid, memblock_region_memory_base_pfn(reg),
309                                 memblock_region_memory_end_pfn(reg));
310         }
311 }
312 #endif
313
314 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
315
316 /*
317  * Limit the memory size that was specified via FDT.
318  */
319 static int __init early_mem(char *p)
320 {
321         if (!p)
322                 return 1;
323
324         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
325         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
326
327         return 0;
328 }
329 early_param("mem", early_mem);
330
331 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
332                 const char *uname, int depth, void *data)
333 {
334         struct memblock_region *usablemem = data;
335         const __be32 *reg;
336         int len;
337
338         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
339                 return 0;
340
341         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
342         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
343                 return 1;
344
345         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
346         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
347
348         return 1;
349 }
350
351 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
352 {
353         struct memblock_region reg = {
354                 .size = 0,
355         };
356
357         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
358
359         if (reg.size)
360                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
361 }
362
363 void __init arm64_memblock_init(void)
364 {
365         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
366
367         /* Handle linux,usable-memory-range property */
368         fdt_enforce_memory_region();
369
370         /* Remove memory above our supported physical address size */
371         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
372
373         /*
374          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
375          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
376          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
377          */
378         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
379
380         /*
381          * Select a suitable value for the base of physical memory.
382          */
383         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
384                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
385
386         /*
387          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
388          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
389          * high in memory.
390          */
391         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
392                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
393         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
394                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
395                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
396                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
397                 memblock_remove(0, memstart_addr);
398         }
399
400         /*
401          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
402          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
403          * via the linear mapping.
404          */
405         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
406                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
407                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
408         }
409
410         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && initrd_start) {
411                 /*
412                  * Add back the memory we just removed if it results in the
413                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
414                  * Otherwise, this is a no-op
415                  */
416                 u64 base = initrd_start & PAGE_MASK;
417                 u64 size = PAGE_ALIGN(initrd_end) - base;
418
419                 /*
420                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
421                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
422                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
423                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
424                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
425                  * always access both.
426                  */
427                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
428                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
429                                        linear_region_size,
430                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
431                         initrd_start = 0;
432                 } else {
433                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
434                         memblock_add(base, size);
435                         memblock_reserve(base, size);
436                 }
437         }
438
439         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
440                 extern u16 memstart_offset_seed;
441                 u64 range = linear_region_size -
442                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
443
444                 /*
445                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
446                  * margin, the size of the region that the available physical
447                  * memory spans, randomize the linear region as well.
448                  */
449                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
450                         range = range / ARM64_MEMSTART_ALIGN + 1;
451                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
452                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
453                 }
454         }
455
456         /*
457          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
458          * pagetables with memblock.
459          */
460         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
461 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
462         if (initrd_start) {
463                 memblock_reserve(initrd_start, initrd_end - initrd_start);
464
465                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
466                 initrd_start = __phys_to_virt(initrd_start);
467                 initrd_end = __phys_to_virt(initrd_end);
468         }
469 #endif
470
471         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
472
473         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
474         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
475                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
476         else
477                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
478
479         reserve_crashkernel();
480
481         reserve_elfcorehdr();
482
483         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
484
485         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
486 }
487
488 void __init bootmem_init(void)
489 {
490         unsigned long min, max;
491
492         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
493         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
494
495         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
496
497         max_pfn = max_low_pfn = max;
498
499         arm64_numa_init();
500         /*
501          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
502          * done after the fixed reservations.
503          */
504         arm64_memory_present();
505
506         sparse_init();
507         zone_sizes_init(min, max);
508
509         memblock_dump_all();
510 }
511
512 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
513 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
514 {
515         struct page *start_pg, *end_pg;
516         unsigned long pg, pgend;
517
518         /*
519          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
520          */
521         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
522         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
523
524         /*
525          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
526          * downwards.
527          */
528         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
529         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
530
531         /*
532          * If there are free pages between these, free the section of the
533          * memmap array.
534          */
535         if (pg < pgend)
536                 memblock_free(pg, pgend - pg);
537 }
538
539 /*
540  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
541  */
542 static void __init free_unused_memmap(void)
543 {
544         unsigned long start, prev_end = 0;
545         struct memblock_region *reg;
546
547         for_each_memblock(memory, reg) {
548                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
549
550 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
551                 /*
552                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
553                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
554                  */
555                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
556 #endif
557                 /*
558                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
559                  * current bank and the previous, free it.
560                  */
561                 if (prev_end && prev_end < start)
562                         free_memmap(prev_end, start);
563
564                 /*
565                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
566                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
567                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
568                  */
569                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
570                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
571         }
572
573 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
574         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
575                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
576 #endif
577 }
578 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
579
580 /*
581  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
582  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
583  * memory after the kernel image.
584  */
585 void __init mem_init(void)
586 {
587         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
588             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
589                 swiotlb_init(1);
590         else
591                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
592
593         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
594
595 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
596         free_unused_memmap();
597 #endif
598         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
599         memblock_free_all();
600
601         kexec_reserve_crashkres_pages();
602
603         mem_init_print_info(NULL);
604
605         /*
606          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
607          * detected at build time already.
608          */
609 #ifdef CONFIG_COMPAT
610         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32                       > TASK_SIZE_64);
611 #endif
612
613 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
614         /*
615          * Make sure we chose the upper bound of sizeof(struct page)
616          * correctly when sizing the VMEMMAP array.
617          */
618         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct page) > (1 << STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT));
619 #endif
620
621         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
622                 extern int sysctl_overcommit_memory;
623                 /*
624                  * On a machine this small we won't get anywhere without
625                  * overcommit, so turn it on by default.
626                  */
627                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
628         }
629 }
630
631 void free_initmem(void)
632 {
633         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
634                            lm_alias(__init_end),
635                            0, "unused kernel");
636         /*
637          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
638          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
639          * is not supported by kallsyms.
640          */
641         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
642 }
643
644 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
645
646 static int keep_initrd __initdata;
647
648 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
649 {
650         if (!keep_initrd) {
651                 free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
652                 memblock_free(__virt_to_phys(start), end - start);
653         }
654 }
655
656 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
657 {
658         keep_initrd = 1;
659         return 1;
660 }
661
662 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
663 #endif
664
665 /*
666  * Dump out memory limit information on panic.
667  */
668 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
669 {
670         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
671                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
672         } else {
673                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
674         }
675         return 0;
676 }
677
678 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
679         .notifier_call = dump_mem_limit,
680 };
681
682 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
683 {
684         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
685                                        &mem_limit_notifier);
686         return 0;
687 }
688 __initcall(register_mem_limit_dumper);