arch/x86/mm/init.c

   1 #include <linux/gfp.h>
   2 #include <linux/initrd.h>
   3 #include <linux/ioport.h>
   4 #include <linux/swap.h>
   5 #include <linux/memblock.h>
   6 #include <linux/bootmem.h>      /* for max_low_pfn */
   7
   8 #include <asm/set_memory.h>
   9 #include <asm/e820/api.h>
  10 #include <asm/init.h>
  11 #include <asm/page.h>
  12 #include <asm/page_types.h>
  13 #include <asm/sections.h>
  14 #include <asm/setup.h>
  15 #include <asm/tlbflush.h>
  16 #include <asm/tlb.h>
  17 #include <asm/proto.h>
  18 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
  19 #include <asm/microcode.h>
  20 #include <asm/kaslr.h>
  21 #include <asm/hypervisor.h>
  22 #include <asm/cpufeature.h>
  23
  24 /*
  25  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
  26  * is only compied when SMP=y.
  27  */
  28 #define CREATE_TRACE_POINTS
  29 #include <trace/events/tlb.h>
  30
  31 #include "mm_internal.h"
  32
  33 /*
  34  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
  35  *
  36  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
  37  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
  38  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
  39  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
  40  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
  41  *
  42  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
  43  *
  44  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
  45  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
  46  */
  47 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
  48         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
  49         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  50         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
  51         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
  52         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  53         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  54 };
  55 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
  56
  57 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
  58         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  59         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  60         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  61         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  62         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  63         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  64         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  65         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  66 };
  67 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
  68
  69 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
  70 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
  71 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
  72
  73 static unsigned long min_pfn_mapped;
  74
  75 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
  76
  77 /*
  78  * Pages returned are already directly mapped.
  79  *
  80  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
  81  *
  82  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
  83  *
  84  * for detailed information.
  85  */
  86 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
  87 {
  88         unsigned long pfn;
  89         int i;
  90
  91         if (after_bootmem) {
  92                 unsigned int order;
  93
  94                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
  95                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
  96         }
  97
  98         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
  99                 unsigned long ret;
 100                 if (min_pfn_mapped >= max_pfn_mapped)
 101                         panic("alloc_low_pages: ran out of memory");
 102                 ret = memblock_find_in_range(min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 103                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 104                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
 105                 if (!ret)
 106                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
 107                 memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
 108                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
 109         } else {
 110                 pfn = pgt_buf_end;
 111                 pgt_buf_end += num;
 112                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
 113                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
 114         }
 115
 116         for (i = 0; i < num; i++) {
 117                 void *adr;
 118
 119                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
 120                 clear_page(adr);
 121         }
 122
 123         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
 124 }
 125
 126 /*
 127  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
 128  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
 129  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
 130  * randomization is enabled.
 131  */
 132 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
 133 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
 134 #else
 135 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
 136 #endif
 137 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
 138 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
 139 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
 140 {
 141         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
 142         phys_addr_t base;
 143
 144         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
 145
 146         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
 147         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
 148         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
 149 }
 150
 151 int after_bootmem;
 152
 153 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
 154
 155 struct map_range {
 156         unsigned long start;
 157         unsigned long end;
 158         unsigned page_size_mask;
 159 };
 160
 161 static int page_size_mask;
 162
 163 static void __init probe_page_size_mask(void)
 164 {
 165         /*
 166          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
 167          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
 168          * large pages into small in interrupt context, etc.
 169          */
 170         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
 171                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
 172         else
 173                 direct_gbpages = 0;
 174
 175         /* Enable PSE if available */
 176         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
 177                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
 178
 179         /* Enable PGE if available */
 180         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
 181                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
 182                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
 183         } else
 184                 __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
 185
 186         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
 187         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
 188                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
 189                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
 190         } else {
 191                 direct_gbpages = 0;
 192         }
 193 }
 194
 195 static void setup_pcid(void)
 196 {
 197 #ifdef CONFIG_X86_64
 198         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID)) {
 199                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
 200                         /*
 201                          * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() --
 202                          * the trampoline code can't handle CR4.PCIDE and
 203                          * it wouldn't do any good anyway.  Despite the name,
 204                          * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually
 205                          * cause the bits in question to remain set all the
 206                          * way through the secondary boot asm.
 207                          *
 208                          * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE
 209                          * manually in start_secondary().
 210                          */
 211                         cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
 212                 } else {
 213                         /*
 214                          * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't
 215                          * work if PCID is on but PGE is not.  Since that
 216                          * combination doesn't exist on real hardware, there's
 217                          * no reason to try to fully support it, but it's
 218                          * polite to avoid corrupting data if we're on
 219                          * an improperly configured VM.
 220                          */
 221                         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
 222                 }
 223         }
 224 #endif
 225 }
 226
 227 #ifdef CONFIG_X86_32
 228 #define NR_RANGE_MR 3
 229 #else /* CONFIG_X86_64 */
 230 #define NR_RANGE_MR 5
 231 #endif
 232
 233 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
 234                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 235                              unsigned long page_size_mask)
 236 {
 237         if (start_pfn < end_pfn) {
 238                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
 239                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
 240                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
 241                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
 242                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
 243                 nr_range++;
 244         }
 245
 246         return nr_range;
 247 }
 248
 249 /*
 250  * adjust the page_size_mask for small range to go with
 251  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
 252  */
 253 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
 254                                                          int nr_range)
 255 {
 256         int i;
 257
 258         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
 259                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
 260                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
 261                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
 262                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
 263
 264 #ifdef CONFIG_X86_32
 265                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
 266                                 continue;
 267 #endif
 268
 269                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 270                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
 271                 }
 272                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
 273                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
 274                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
 275                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
 276
 277                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 278                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
 279                 }
 280         }
 281 }
 282
 283 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
 284 {
 285         static const char str_1g[] = "1G";
 286         static const char str_2m[] = "2M";
 287         static const char str_4m[] = "4M";
 288         static const char str_4k[] = "4k";
 289
 290         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
 291                 return str_1g;
 292         /*
 293          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
 294          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
 295          * print out the right size in the string.
 296          */
 297         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
 298             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
 299             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 300                 return str_4m;
 301
 302         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 303                 return str_2m;
 304
 305         return str_4k;
 306 }
 307
 308 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
 309                                      unsigned long start,
 310                                      unsigned long end)
 311 {
 312         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
 313         unsigned long pfn;
 314         int i;
 315
 316         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
 317
 318         /* head if not big page alignment ? */
 319         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
 320 #ifdef CONFIG_X86_32
 321         /*
 322          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 323          * because there are often fixed size MTRRs in there
 324          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 325          * slowdowns.
 326          */
 327         if (pfn == 0)
 328                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
 329         else
 330                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 331 #else /* CONFIG_X86_64 */
 332         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 333 #endif
 334         if (end_pfn > limit_pfn)
 335                 end_pfn = limit_pfn;
 336         if (start_pfn < end_pfn) {
 337                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 338                 pfn = end_pfn;
 339         }
 340
 341         /* big page (2M) range */
 342         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 343 #ifdef CONFIG_X86_32
 344         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 345 #else /* CONFIG_X86_64 */
 346         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 347         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
 348                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 349 #endif
 350
 351         if (start_pfn < end_pfn) {
 352                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 353                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 354                 pfn = end_pfn;
 355         }
 356
 357 #ifdef CONFIG_X86_64
 358         /* big page (1G) range */
 359         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 360         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 361         if (start_pfn < end_pfn) {
 362                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 363                                 page_size_mask &
 364                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 365                 pfn = end_pfn;
 366         }
 367
 368         /* tail is not big page (1G) alignment */
 369         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 370         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 371         if (start_pfn < end_pfn) {
 372                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 373                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 374                 pfn = end_pfn;
 375         }
 376 #endif
 377
 378         /* tail is not big page (2M) alignment */
 379         start_pfn = pfn;
 380         end_pfn = limit_pfn;
 381         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 382
 383         if (!after_bootmem)
 384                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
 385
 386         /* try to merge same page size and continuous */
 387         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 388                 unsigned long old_start;
 389                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 390                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 391                         continue;
 392                 /* move it */
 393                 old_start = mr[i].start;
 394                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 395                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 396                 mr[i--].start = old_start;
 397                 nr_range--;
 398         }
 399
 400         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 401                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
 402                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
 403                                 page_size_string(&mr[i]));
 404
 405         return nr_range;
 406 }
 407
 408 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
 409 int nr_pfn_mapped;
 410
 411 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 412 {
 413         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
 414                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
 415         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
 416
 417         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
 418
 419         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
 420                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
 421                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
 422 }
 423
 424 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 425 {
 426         int i;
 427
 428         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
 429                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
 430                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
 431                         return true;
 432
 433         return false;
 434 }
 435
 436 /*
 437  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 438  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 439  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 440  */
 441 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
 442                                                unsigned long end)
 443 {
 444         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 445         unsigned long ret = 0;
 446         int nr_range, i;
 447
 448         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 449                start, end - 1);
 450
 451         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 452         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
 453
 454         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 455                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 456                                                    mr[i].page_size_mask);
 457
 458         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
 459
 460         return ret >> PAGE_SHIFT;
 461 }
 462
 463 /*
 464  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
 465  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
 466  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
 467  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
 468  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
 469  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
 470  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
 471  *
 472  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
 473  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
 474  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
 475  */
 476 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
 477                                            unsigned long r_start,
 478                                            unsigned long r_end)
 479 {
 480         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 481         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 482         int i;
 483
 484         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 485                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
 486                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
 487                 if (start >= end)
 488                         continue;
 489
 490                 /*
 491                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
 492                  * alloc pgt buf from memblock instead.
 493                  */
 494                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
 495                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
 496                 init_memory_mapping(start, end);
 497                 mapped_ram_size += end - start;
 498                 can_use_brk_pgt = true;
 499         }
 500
 501         return mapped_ram_size;
 502 }
 503
 504 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
 505 {
 506         /*
 507          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
 508          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
 509          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
 510          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
 511          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
 512          * difference of page table level shifts.
 513          *
 514          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
 515          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
 516          * turns it into 0x100000000ULL.
 517          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
 518          * needs to be taken into consideration by the code below.
 519          */
 520         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
 521 }
 522
 523 /**
 524  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
 525  * @map_start: start address of the target memory range
 526  * @map_end: end address of the target memory range
 527  *
 528  * This function will setup direct mapping for memory range
 529  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
 530  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
 531  * memory in top-down.
 532  */
 533 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
 534                                        unsigned long map_end)
 535 {
 536         unsigned long real_end, start, last_start;
 537         unsigned long step_size;
 538         unsigned long addr;
 539         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 540
 541         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
 542         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
 543         real_end = addr + PMD_SIZE;
 544
 545         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 546         step_size = PMD_SIZE;
 547         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
 548         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
 549         last_start = start = real_end;
 550
 551         /*
 552          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
 553          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 554          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 555          * for page table.
 556          */
 557         while (last_start > map_start) {
 558                 if (last_start > step_size) {
 559                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
 560                         if (start < map_start)
 561                                 start = map_start;
 562                 } else
 563                         start = map_start;
 564                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
 565                                                         last_start);
 566                 last_start = start;
 567                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
 568                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 569                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 570         }
 571
 572         if (real_end < map_end)
 573                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
 574 }
 575
 576 /**
 577  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
 578  * @map_start: start address of the target memory range
 579  * @map_end: end address of the target memory range
 580  *
 581  * This function will setup direct mapping for memory range
 582  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
 583  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
 584  * be allocated just above the kernel and we map the memory
 585  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
 586  */
 587 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
 588                                         unsigned long map_end)
 589 {
 590         unsigned long next, start;
 591         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 592         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 593         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
 594
 595         start = map_start;
 596         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
 597
 598         /*
 599          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
 600          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 601          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 602          * for page table.
 603          */
 604         while (start < map_end) {
 605                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
 606                         next = round_up(start + 1, step_size);
 607                         if (next > map_end)
 608                                 next = map_end;
 609                 } else {
 610                         next = map_end;
 611                 }
 612
 613                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
 614                 start = next;
 615
 616                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 617                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 618         }
 619 }
 620
 621 void __init init_mem_mapping(void)
 622 {
 623         unsigned long end;
 624
 625         probe_page_size_mask();
 626         setup_pcid();
 627
 628 #ifdef CONFIG_X86_64
 629         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
 630 #else
 631         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
 632 #endif
 633
 634         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
 635         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
 636
 637         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
 638         init_trampoline();
 639
 640         /*
 641          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
 642          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
 643          */
 644         if (memblock_bottom_up()) {
 645                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
 646
 647                 /*
 648                  * we need two separate calls here. This is because we want to
 649                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
 650                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
 651                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
 652                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
 653                  */
 654                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
 655                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
 656         } else {
 657                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
 658         }
 659
 660 #ifdef CONFIG_X86_64
 661         if (max_pfn > max_low_pfn) {
 662                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
 663                 max_low_pfn = max_pfn;
 664         }
 665 #else
 666         early_ioremap_page_table_range_init();
 667 #endif
 668
 669         load_cr3(swapper_pg_dir);
 670         __flush_tlb_all();
 671
 672         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
 673
 674         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
 675 }
 676
 677 /*
 678  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 679  * is valid. The argument is a physical page number.
 680  *
 681  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
 682  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
 683  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
 684  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
 685  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
 686  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 687  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 688  */
 689 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 690 {
 691         if (page_is_ram(pagenr)) {
 692                 /*
 693                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
 694                  * request that the page be shown as all zeros.
 695                  */
 696                 if (pagenr < 256)
 697                         return 2;
 698
 699                 return 0;
 700         }
 701
 702         /*
 703          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
 704          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
 705          */
 706         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
 707                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
 708                 if (pagenr < 256)
 709                         return 1;
 710
 711                 return 0;
 712         }
 713
 714         return 1;
 715 }
 716
 717 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 718 {
 719         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 720
 721         /* Make sure boundaries are page aligned */
 722         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 723         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 724
 725         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 726                 begin = begin_aligned;
 727                 end   = end_aligned;
 728         }
 729
 730         if (begin >= end)
 731                 return;
 732
 733         /*
 734          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 735          * mark them not present - any buggy init-section access will
 736          * create a kernel page fault:
 737          */
 738         if (debug_pagealloc_enabled()) {
 739                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 740                         begin, end - 1);
 741                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 742         } else {
 743                 /*
 744                  * We just marked the kernel text read only above, now that
 745                  * we are going to free part of that, we need to make that
 746                  * writeable and non-executable first.
 747                  */
 748                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 749                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 750
 751                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
 752                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
 753         }
 754 }
 755
 756 void __ref free_initmem(void)
 757 {
 758         e820__reallocate_tables();
 759
 760         free_init_pages("unused kernel",
 761                         (unsigned long)(&__init_begin),
 762                         (unsigned long)(&__init_end));
 763 }
 764
 765 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 766 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 767 {
 768         /*
 769          * end could be not aligned, and We can not align that,
 770          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 771          * We already reserve the end partial page before in
 772          *   - i386_start_kernel()
 773          *   - x86_64_start_kernel()
 774          *   - relocate_initrd()
 775          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 776          */
 777         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
 778 }
 779 #endif
 780
 781 /*
 782  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
 783  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
 784  * accurately.
 785  *
 786  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
 787  * might benefit from this as well.
 788  */
 789 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
 790 {
 791 #ifdef CONFIG_X86_64
 792         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
 793         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 794         phys_addr_t start_addr, end_addr;
 795         int i;
 796         u64 u;
 797
 798         /*
 799          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
 800          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
 801          */
 802         nr_pages = 0;
 803         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 804                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
 805                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
 806
 807                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
 808         }
 809
 810         /*
 811          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
 812          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
 813          * pages at the beginning or the end of the range:
 814          */
 815         nr_free_pages = 0;
 816         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
 817                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
 818                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
 819
 820                 if (start_pfn < end_pfn)
 821                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
 822         }
 823
 824         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
 825 #endif
 826 }
 827
 828 void __init zone_sizes_init(void)
 829 {
 830         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 831
 832         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 833
 834 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 835         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
 836 #endif
 837 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 838         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
 839 #endif
 840         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
 841 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 842         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
 843 #endif
 844
 845         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 846 }
 847
 848 DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
 849         .loaded_mm = &init_mm,
 850         .next_asid = 1,
 851         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
 852 };
 853 EXPORT_SYMBOL_GPL(cpu_tlbstate);
 854
 855 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
 856 {
 857         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
 858         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
 859
 860         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
 861         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
 862 }