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