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 EXPORT_SYMBOL(memstart_addr);
  63
  64 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __ro_after_init;
  65
  66 #ifdef CONFIG_KEXEC_CORE
  67 /*
  68  * reserve_crashkernel() - reserves memory for crash kernel
  69  *
  70  * This function reserves memory area given in "crashkernel=" kernel command
  71  * line parameter. The memory reserved is used by dump capture kernel when
  72  * primary kernel is crashing.
  73  */
  74 static void __init reserve_crashkernel(void)
  75 {
  76         unsigned long long crash_base, crash_size;
  77         int ret;
  78
  79         ret = parse_crashkernel(boot_command_line, memblock_phys_mem_size(),
  80                                 &crash_size, &crash_base);
  81         /* no crashkernel= or invalid value specified */
  82         if (ret || !crash_size)
  83                 return;
  84
  85         crash_size = PAGE_ALIGN(crash_size);
  86
  87         if (crash_base == 0) {
  88                 /* Current arm64 boot protocol requires 2MB alignment */
  89                 crash_base = memblock_find_in_range(0, ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT,
  90                                 crash_size, SZ_2M);
  91                 if (crash_base == 0) {
  92                         pr_warn("cannot allocate crashkernel (size:0x%llx)\n",
  93                                 crash_size);
  94                         return;
  95                 }
  96         } else {
  97                 /* User specifies base address explicitly. */
  98                 if (!memblock_is_region_memory(crash_base, crash_size)) {
  99                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region is not memory\n");
 100                         return;
 101                 }
 102
 103                 if (memblock_is_region_reserved(crash_base, crash_size)) {
 104                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: region overlaps reserved memory\n");
 105                         return;
 106                 }
 107
 108                 if (!IS_ALIGNED(crash_base, SZ_2M)) {
 109                         pr_warn("cannot reserve crashkernel: base address is not 2MB aligned\n");
 110                         return;
 111                 }
 112         }
 113         memblock_reserve(crash_base, crash_size);
 114
 115         pr_info("crashkernel reserved: 0x%016llx - 0x%016llx (%lld MB)\n",
 116                 crash_base, crash_base + crash_size, crash_size >> 20);
 117
 118         crashk_res.start = crash_base;
 119         crashk_res.end = crash_base + crash_size - 1;
 120 }
 121
 122 static void __init kexec_reserve_crashkres_pages(void)
 123 {
 124 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
 125         phys_addr_t addr;
 126         struct page *page;
 127
 128         if (!crashk_res.end)
 129                 return;
 130
 131         /*
 132          * To reduce the size of hibernation image, all the pages are
 133          * marked as Reserved initially.
 134          */
 135         for (addr = crashk_res.start; addr < (crashk_res.end + 1);
 136                         addr += PAGE_SIZE) {
 137                 page = phys_to_page(addr);
 138                 SetPageReserved(page);
 139         }
 140 #endif
 141 }
 142 #else
 143 static void __init reserve_crashkernel(void)
 144 {
 145 }
 146
 147 static void __init kexec_reserve_crashkres_pages(void)
 148 {
 149 }
 150 #endif /* CONFIG_KEXEC_CORE */
 151
 152 #ifdef CONFIG_CRASH_DUMP
 153 static int __init early_init_dt_scan_elfcorehdr(unsigned long node,
 154                 const char *uname, int depth, void *data)
 155 {
 156         const __be32 *reg;
 157         int len;
 158
 159         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 160                 return 0;
 161
 162         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,elfcorehdr", &len);
 163         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 164                 return 1;
 165
 166         elfcorehdr_addr = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 167         elfcorehdr_size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 168
 169         return 1;
 170 }
 171
 172 /*
 173  * reserve_elfcorehdr() - reserves memory for elf core header
 174  *
 175  * This function reserves the memory occupied by an elf core header
 176  * described in the device tree. This region contains all the
 177  * information about primary kernel's core image and is used by a dump
 178  * capture kernel to access the system memory on primary kernel.
 179  */
 180 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 181 {
 182         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_elfcorehdr, NULL);
 183
 184         if (!elfcorehdr_size)
 185                 return;
 186
 187         if (memblock_is_region_reserved(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size)) {
 188                 pr_warn("elfcorehdr is overlapped\n");
 189                 return;
 190         }
 191
 192         memblock_reserve(elfcorehdr_addr, elfcorehdr_size);
 193
 194         pr_info("Reserving %lldKB of memory at 0x%llx for elfcorehdr\n",
 195                 elfcorehdr_size >> 10, elfcorehdr_addr);
 196 }
 197 #else
 198 static void __init reserve_elfcorehdr(void)
 199 {
 200 }
 201 #endif /* CONFIG_CRASH_DUMP */
 202 /*
 203  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA32 (DMA_BIT_MASK(32)). It
 204  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
 205  * use a DMA offset.
 206  */
 207 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
 208 {
 209         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
 210         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
 211 }
 212
 213 #ifdef CONFIG_NUMA
 214
 215 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 216 {
 217         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
 218
 219         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 220                 max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
 221         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
 222
 223         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 224 }
 225
 226 #else
 227
 228 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 229 {
 230         struct memblock_region *reg;
 231         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 232         unsigned long max_dma = min;
 233
 234         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 235
 236         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 237 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 238         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 239         zone_size[ZONE_DMA32] = max_dma - min;
 240 #endif
 241         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
 242
 243         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
 244
 245         for_each_memblock(memory, reg) {
 246                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
 247                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
 248
 249                 if (start >= max)
 250                         continue;
 251
 252 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 253                 if (start < max_dma) {
 254                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
 255                         zhole_size[ZONE_DMA32] -= dma_end - start;
 256                 }
 257 #endif
 258                 if (end > max_dma) {
 259                         unsigned long normal_end = min(end, max);
 260                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
 261                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
 262                 }
 263         }
 264
 265         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
 266 }
 267
 268 #endif /* CONFIG_NUMA */
 269
 270 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 271 {
 272         phys_addr_t addr = pfn << PAGE_SHIFT;
 273
 274         if ((addr >> PAGE_SHIFT) != pfn)
 275                 return 0;
 276
 277 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 278         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
 279                 return 0;
 280
 281         if (!valid_section(__nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn))))
 282                 return 0;
 283 #endif
 284         return memblock_is_map_memory(addr);
 285 }
 286 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 287
 288 static phys_addr_t memory_limit = PHYS_ADDR_MAX;
 289
 290 /*
 291  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 292  */
 293 static int __init early_mem(char *p)
 294 {
 295         if (!p)
 296                 return 1;
 297
 298         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 299         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 300
 301         return 0;
 302 }
 303 early_param("mem", early_mem);
 304
 305 static int __init early_init_dt_scan_usablemem(unsigned long node,
 306                 const char *uname, int depth, void *data)
 307 {
 308         struct memblock_region *usablemem = data;
 309         const __be32 *reg;
 310         int len;
 311
 312         if (depth != 1 || strcmp(uname, "chosen") != 0)
 313                 return 0;
 314
 315         reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory-range", &len);
 316         if (!reg || (len < (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)))
 317                 return 1;
 318
 319         usablemem->base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
 320         usablemem->size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
 321
 322         return 1;
 323 }
 324
 325 static void __init fdt_enforce_memory_region(void)
 326 {
 327         struct memblock_region reg = {
 328                 .size = 0,
 329         };
 330
 331         of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_usablemem, &reg);
 332
 333         if (reg.size)
 334                 memblock_cap_memory_range(reg.base, reg.size);
 335 }
 336
 337 void __init arm64_memblock_init(void)
 338 {
 339         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
 340
 341         /* Handle linux,usable-memory-range property */
 342         fdt_enforce_memory_region();
 343
 344         /* Remove memory above our supported physical address size */
 345         memblock_remove(1ULL << PHYS_MASK_SHIFT, ULLONG_MAX);
 346
 347         /*
 348          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
 349          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
 350          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
 351          */
 352         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
 353
 354         /*
 355          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 356          */
 357         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 358                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 359
 360         /*
 361          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 362          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 363          * high in memory.
 364          */
 365         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size,
 366                         __pa_symbol(_end)), ULLONG_MAX);
 367         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 368                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 369                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 370                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 371                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 372         }
 373
 374         /*
 375          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 376          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 377          * via the linear mapping.
 378          */
 379         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 380                 memblock_mem_limit_remove_map(memory_limit);
 381                 memblock_add(__pa_symbol(_text), (u64)(_end - _text));
 382         }
 383
 384         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 385                 /*
 386                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 387                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 388                  * Otherwise, this is a no-op
 389                  */
 390                 u64 base = phys_initrd_start & PAGE_MASK;
 391                 u64 size = PAGE_ALIGN(phys_initrd_size);
 392
 393                 /*
 394                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 395                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 396                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 397                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 398                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 399                  * always access both.
 400                  */
 401                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 402                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 403                                        linear_region_size,
 404                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 405                         initrd_start = 0;
 406                 } else {
 407                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 408                         memblock_add(base, size);
 409                         memblock_reserve(base, size);
 410                 }
 411         }
 412
 413         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 414                 extern u16 memstart_offset_seed;
 415                 u64 range = linear_region_size -
 416                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
 417
 418                 /*
 419                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 420                  * margin, the size of the region that the available physical
 421                  * memory spans, randomize the linear region as well.
 422                  */
 423                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 424                         range /= ARM64_MEMSTART_ALIGN;
 425                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 426                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 427                 }
 428         }
 429
 430         /*
 431          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 432          * pagetables with memblock.
 433          */
 434         memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text);
 435         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && phys_initrd_size) {
 436                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 437                 initrd_start = __phys_to_virt(phys_initrd_start);
 438                 initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;
 439         }
 440
 441         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 442
 443         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 444         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA32))
 445                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
 446         else
 447                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 448
 449         reserve_crashkernel();
 450
 451         reserve_elfcorehdr();
 452
 453         high_memory = __va(memblock_end_of_DRAM() - 1) + 1;
 454
 455         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 456 }
 457
 458 void __init bootmem_init(void)
 459 {
 460         unsigned long min, max;
 461
 462         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 463         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 464
 465         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 466
 467         max_pfn = max_low_pfn = max;
 468
 469         arm64_numa_init();
 470         /*
 471          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
 472          * done after the fixed reservations.
 473          */
 474         memblocks_present();
 475
 476         sparse_init();
 477         zone_sizes_init(min, max);
 478
 479         memblock_dump_all();
 480 }
 481
 482 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 483 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 484 {
 485         struct page *start_pg, *end_pg;
 486         unsigned long pg, pgend;
 487
 488         /*
 489          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 490          */
 491         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 492         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 493
 494         /*
 495          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
 496          * downwards.
 497          */
 498         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 499         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 500
 501         /*
 502          * If there are free pages between these, free the section of the
 503          * memmap array.
 504          */
 505         if (pg < pgend)
 506                 memblock_free(pg, pgend - pg);
 507 }
 508
 509 /*
 510  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
 511  */
 512 static void __init free_unused_memmap(void)
 513 {
 514         unsigned long start, prev_end = 0;
 515         struct memblock_region *reg;
 516
 517         for_each_memblock(memory, reg) {
 518                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
 519
 520 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 521                 /*
 522                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
 523                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
 524                  */
 525                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 526 #endif
 527                 /*
 528                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
 529                  * current bank and the previous, free it.
 530                  */
 531                 if (prev_end && prev_end < start)
 532                         free_memmap(prev_end, start);
 533
 534                 /*
 535                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 536                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 537                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 538                  */
 539                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
 540                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
 541         }
 542
 543 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 544         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 545                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 546 #endif
 547 }
 548 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 549
 550 /*
 551  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 552  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 553  * memory after the kernel image.
 554  */
 555 void __init mem_init(void)
 556 {
 557         if (swiotlb_force == SWIOTLB_FORCE ||
 558             max_pfn > (arm64_dma_phys_limit >> PAGE_SHIFT))
 559                 swiotlb_init(1);
 560         else
 561                 swiotlb_force = SWIOTLB_NO_FORCE;
 562
 563         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
 564
 565 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 566         free_unused_memmap();
 567 #endif
 568         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 569         memblock_free_all();
 570
 571         kexec_reserve_crashkres_pages();
 572
 573         mem_init_print_info(NULL);
 574
 575         /*
 576          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 577          * detected at build time already.
 578          */
 579 #ifdef CONFIG_COMPAT
 580         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32 > DEFAULT_MAP_WINDOW_64);
 581 #endif
 582
 583         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 584                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 585                 /*
 586                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 587                  * overcommit, so turn it on by default.
 588                  */
 589                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 590         }
 591 }
 592
 593 void free_initmem(void)
 594 {
 595         free_reserved_area(lm_alias(__init_begin),
 596                            lm_alias(__init_end),
 597                            0, "unused kernel");
 598         /*
 599          * Unmap the __init region but leave the VM area in place. This
 600          * prevents the region from being reused for kernel modules, which
 601          * is not supported by kallsyms.
 602          */
 603         unmap_kernel_range((u64)__init_begin, (u64)(__init_end - __init_begin));
 604 }
 605
 606 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 607
 608 static int keep_initrd __initdata;
 609
 610 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 611 {
 612         if (!keep_initrd) {
 613                 free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
 614                 memblock_free(__virt_to_phys(start), end - start);
 615         }
 616 }
 617
 618 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
 619 {
 620         keep_initrd = 1;
 621         return 1;
 622 }
 623
 624 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
 625 #endif
 626
 627 /*
 628  * Dump out memory limit information on panic.
 629  */
 630 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
 631 {
 632         if (memory_limit != PHYS_ADDR_MAX) {
 633                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 634         } else {
 635                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 636         }
 637         return 0;
 638 }
 639
 640 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
 641         .notifier_call = dump_mem_limit,
 642 };
 643
 644 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
 645 {
 646         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
 647                                        &mem_limit_notifier);
 648         return 0;
 649 }
 650 __initcall(register_mem_limit_dumper);