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_NOTRACK |
  96                                                 __GFP_ZERO, order);
  97         }
  98
  99         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
 100                 unsigned long ret;
 101                 if (min_pfn_mapped >= max_pfn_mapped)
 102                         panic("alloc_low_pages: ran out of memory");
 103                 ret = memblock_find_in_range(min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 104                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 105                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
 106                 if (!ret)
 107                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
 108                 memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
 109                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
 110         } else {
 111                 pfn = pgt_buf_end;
 112                 pgt_buf_end += num;
 113                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
 114                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
 115         }
 116
 117         for (i = 0; i < num; i++) {
 118                 void *adr;
 119
 120                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
 121                 clear_page(adr);
 122         }
 123
 124         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
 125 }
 126
 127 /*
 128  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
 129  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
 130  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
 131  * randomization is enabled.
 132  */
 133 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
 134 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
 135 #else
 136 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
 137 #endif
 138 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
 139 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
 140 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
 141 {
 142         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
 143         phys_addr_t base;
 144
 145         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
 146
 147         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
 148         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
 149         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
 150 }
 151
 152 int after_bootmem;
 153
 154 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
 155
 156 struct map_range {
 157         unsigned long start;
 158         unsigned long end;
 159         unsigned page_size_mask;
 160 };
 161
 162 static int page_size_mask;
 163
 164 static void __init probe_page_size_mask(void)
 165 {
 166         /*
 167          * For CONFIG_KMEMCHECK or pagealloc debugging, identity mapping will
 168          * use small pages.
 169          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
 170          * large pages into small in interrupt context, etc.
 171          */
 172         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled() && !IS_ENABLED(CONFIG_KMEMCHECK))
 173                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
 174         else
 175                 direct_gbpages = 0;
 176
 177         /* Enable PSE if available */
 178         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
 179                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
 180
 181         /* Enable PGE if available */
 182         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
 183                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
 184                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
 185         } else
 186                 __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
 187
 188         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
 189         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
 190                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
 191                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
 192         } else {
 193                 direct_gbpages = 0;
 194         }
 195 }
 196
 197 static void setup_pcid(void)
 198 {
 199 #ifdef CONFIG_X86_64
 200         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID)) {
 201                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
 202                         /*
 203                          * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() --
 204                          * the trampoline code can't handle CR4.PCIDE and
 205                          * it wouldn't do any good anyway.  Despite the name,
 206                          * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually
 207                          * cause the bits in question to remain set all the
 208                          * way through the secondary boot asm.
 209                          *
 210                          * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE
 211                          * manually in start_secondary().
 212                          */
 213                         cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
 214                 } else {
 215                         /*
 216                          * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't
 217                          * work if PCID is on but PGE is not.  Since that
 218                          * combination doesn't exist on real hardware, there's
 219                          * no reason to try to fully support it, but it's
 220                          * polite to avoid corrupting data if we're on
 221                          * an improperly configured VM.
 222                          */
 223                         setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
 224                 }
 225         }
 226 #endif
 227 }
 228
 229 #ifdef CONFIG_X86_32
 230 #define NR_RANGE_MR 3
 231 #else /* CONFIG_X86_64 */
 232 #define NR_RANGE_MR 5
 233 #endif
 234
 235 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
 236                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 237                              unsigned long page_size_mask)
 238 {
 239         if (start_pfn < end_pfn) {
 240                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
 241                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
 242                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
 243                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
 244                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
 245                 nr_range++;
 246         }
 247
 248         return nr_range;
 249 }
 250
 251 /*
 252  * adjust the page_size_mask for small range to go with
 253  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
 254  */
 255 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
 256                                                          int nr_range)
 257 {
 258         int i;
 259
 260         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
 261                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
 262                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
 263                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
 264                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
 265
 266 #ifdef CONFIG_X86_32
 267                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
 268                                 continue;
 269 #endif
 270
 271                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 272                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
 273                 }
 274                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
 275                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
 276                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
 277                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
 278
 279                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 280                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
 281                 }
 282         }
 283 }
 284
 285 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
 286 {
 287         static const char str_1g[] = "1G";
 288         static const char str_2m[] = "2M";
 289         static const char str_4m[] = "4M";
 290         static const char str_4k[] = "4k";
 291
 292         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
 293                 return str_1g;
 294         /*
 295          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
 296          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
 297          * print out the right size in the string.
 298          */
 299         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
 300             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
 301             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 302                 return str_4m;
 303
 304         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 305                 return str_2m;
 306
 307         return str_4k;
 308 }
 309
 310 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
 311                                      unsigned long start,
 312                                      unsigned long end)
 313 {
 314         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
 315         unsigned long pfn;
 316         int i;
 317
 318         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
 319
 320         /* head if not big page alignment ? */
 321         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
 322 #ifdef CONFIG_X86_32
 323         /*
 324          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 325          * because there are often fixed size MTRRs in there
 326          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 327          * slowdowns.
 328          */
 329         if (pfn == 0)
 330                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
 331         else
 332                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 333 #else /* CONFIG_X86_64 */
 334         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 335 #endif
 336         if (end_pfn > limit_pfn)
 337                 end_pfn = limit_pfn;
 338         if (start_pfn < end_pfn) {
 339                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 340                 pfn = end_pfn;
 341         }
 342
 343         /* big page (2M) range */
 344         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 345 #ifdef CONFIG_X86_32
 346         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 347 #else /* CONFIG_X86_64 */
 348         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 349         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
 350                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 351 #endif
 352
 353         if (start_pfn < end_pfn) {
 354                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 355                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 356                 pfn = end_pfn;
 357         }
 358
 359 #ifdef CONFIG_X86_64
 360         /* big page (1G) range */
 361         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 362         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 363         if (start_pfn < end_pfn) {
 364                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 365                                 page_size_mask &
 366                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 367                 pfn = end_pfn;
 368         }
 369
 370         /* tail is not big page (1G) alignment */
 371         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 372         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 373         if (start_pfn < end_pfn) {
 374                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 375                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 376                 pfn = end_pfn;
 377         }
 378 #endif
 379
 380         /* tail is not big page (2M) alignment */
 381         start_pfn = pfn;
 382         end_pfn = limit_pfn;
 383         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 384
 385         if (!after_bootmem)
 386                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
 387
 388         /* try to merge same page size and continuous */
 389         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 390                 unsigned long old_start;
 391                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 392                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 393                         continue;
 394                 /* move it */
 395                 old_start = mr[i].start;
 396                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 397                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 398                 mr[i--].start = old_start;
 399                 nr_range--;
 400         }
 401
 402         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 403                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
 404                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
 405                                 page_size_string(&mr[i]));
 406
 407         return nr_range;
 408 }
 409
 410 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
 411 int nr_pfn_mapped;
 412
 413 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 414 {
 415         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
 416                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
 417         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
 418
 419         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
 420
 421         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
 422                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
 423                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
 424 }
 425
 426 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 427 {
 428         int i;
 429
 430         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
 431                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
 432                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
 433                         return true;
 434
 435         return false;
 436 }
 437
 438 /*
 439  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 440  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 441  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 442  */
 443 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
 444                                                unsigned long end)
 445 {
 446         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 447         unsigned long ret = 0;
 448         int nr_range, i;
 449
 450         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 451                start, end - 1);
 452
 453         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 454         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
 455
 456         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 457                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 458                                                    mr[i].page_size_mask);
 459
 460         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
 461
 462         return ret >> PAGE_SHIFT;
 463 }
 464
 465 /*
 466  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
 467  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
 468  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
 469  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
 470  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
 471  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
 472  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
 473  *
 474  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
 475  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
 476  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
 477  */
 478 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
 479                                            unsigned long r_start,
 480                                            unsigned long r_end)
 481 {
 482         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 483         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 484         int i;
 485
 486         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 487                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
 488                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
 489                 if (start >= end)
 490                         continue;
 491
 492                 /*
 493                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
 494                  * alloc pgt buf from memblock instead.
 495                  */
 496                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
 497                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
 498                 init_memory_mapping(start, end);
 499                 mapped_ram_size += end - start;
 500                 can_use_brk_pgt = true;
 501         }
 502
 503         return mapped_ram_size;
 504 }
 505
 506 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
 507 {
 508         /*
 509          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
 510          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
 511          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
 512          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
 513          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
 514          * difference of page table level shifts.
 515          *
 516          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
 517          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
 518          * turns it into 0x100000000ULL.
 519          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
 520          * needs to be taken into consideration by the code below.
 521          */
 522         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
 523 }
 524
 525 /**
 526  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
 527  * @map_start: start address of the target memory range
 528  * @map_end: end address of the target memory range
 529  *
 530  * This function will setup direct mapping for memory range
 531  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
 532  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
 533  * memory in top-down.
 534  */
 535 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
 536                                        unsigned long map_end)
 537 {
 538         unsigned long real_end, start, last_start;
 539         unsigned long step_size;
 540         unsigned long addr;
 541         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 542
 543         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
 544         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
 545         real_end = addr + PMD_SIZE;
 546
 547         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 548         step_size = PMD_SIZE;
 549         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
 550         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
 551         last_start = start = real_end;
 552
 553         /*
 554          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
 555          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 556          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 557          * for page table.
 558          */
 559         while (last_start > map_start) {
 560                 if (last_start > step_size) {
 561                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
 562                         if (start < map_start)
 563                                 start = map_start;
 564                 } else
 565                         start = map_start;
 566                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
 567                                                         last_start);
 568                 last_start = start;
 569                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
 570                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 571                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 572         }
 573
 574         if (real_end < map_end)
 575                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
 576 }
 577
 578 /**
 579  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
 580  * @map_start: start address of the target memory range
 581  * @map_end: end address of the target memory range
 582  *
 583  * This function will setup direct mapping for memory range
 584  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
 585  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
 586  * be allocated just above the kernel and we map the memory
 587  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
 588  */
 589 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
 590                                         unsigned long map_end)
 591 {
 592         unsigned long next, start;
 593         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 594         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 595         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
 596
 597         start = map_start;
 598         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
 599
 600         /*
 601          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
 602          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 603          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 604          * for page table.
 605          */
 606         while (start < map_end) {
 607                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
 608                         next = round_up(start + 1, step_size);
 609                         if (next > map_end)
 610                                 next = map_end;
 611                 } else {
 612                         next = map_end;
 613                 }
 614
 615                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
 616                 start = next;
 617
 618                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 619                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 620         }
 621 }
 622
 623 void __init init_mem_mapping(void)
 624 {
 625         unsigned long end;
 626
 627         probe_page_size_mask();
 628         setup_pcid();
 629
 630 #ifdef CONFIG_X86_64
 631         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
 632 #else
 633         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
 634 #endif
 635
 636         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
 637         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
 638
 639         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
 640         init_trampoline();
 641
 642         /*
 643          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
 644          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
 645          */
 646         if (memblock_bottom_up()) {
 647                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
 648
 649                 /*
 650                  * we need two separate calls here. This is because we want to
 651                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
 652                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
 653                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
 654                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
 655                  */
 656                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
 657                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
 658         } else {
 659                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
 660         }
 661
 662 #ifdef CONFIG_X86_64
 663         if (max_pfn > max_low_pfn) {
 664                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
 665                 max_low_pfn = max_pfn;
 666         }
 667 #else
 668         early_ioremap_page_table_range_init();
 669 #endif
 670
 671         load_cr3(swapper_pg_dir);
 672         __flush_tlb_all();
 673
 674         hypervisor_init_mem_mapping();
 675
 676         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
 677 }
 678
 679 /*
 680  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 681  * is valid. The argument is a physical page number.
 682  *
 683  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
 684  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
 685  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
 686  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
 687  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
 688  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 689  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 690  */
 691 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 692 {
 693         if (page_is_ram(pagenr)) {
 694                 /*
 695                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
 696                  * request that the page be shown as all zeros.
 697                  */
 698                 if (pagenr < 256)
 699                         return 2;
 700
 701                 return 0;
 702         }
 703
 704         /*
 705          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
 706          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
 707          */
 708         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
 709                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
 710                 if (pagenr < 256)
 711                         return 1;
 712
 713                 return 0;
 714         }
 715
 716         return 1;
 717 }
 718
 719 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 720 {
 721         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 722
 723         /* Make sure boundaries are page aligned */
 724         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 725         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 726
 727         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 728                 begin = begin_aligned;
 729                 end   = end_aligned;
 730         }
 731
 732         if (begin >= end)
 733                 return;
 734
 735         /*
 736          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 737          * mark them not present - any buggy init-section access will
 738          * create a kernel page fault:
 739          */
 740         if (debug_pagealloc_enabled()) {
 741                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 742                         begin, end - 1);
 743                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 744         } else {
 745                 /*
 746                  * We just marked the kernel text read only above, now that
 747                  * we are going to free part of that, we need to make that
 748                  * writeable and non-executable first.
 749                  */
 750                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 751                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 752
 753                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
 754                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
 755         }
 756 }
 757
 758 void __ref free_initmem(void)
 759 {
 760         e820__reallocate_tables();
 761
 762         free_init_pages("unused kernel",
 763                         (unsigned long)(&__init_begin),
 764                         (unsigned long)(&__init_end));
 765 }
 766
 767 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 768 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 769 {
 770         /*
 771          * end could be not aligned, and We can not align that,
 772          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 773          * We already reserve the end partial page before in
 774          *   - i386_start_kernel()
 775          *   - x86_64_start_kernel()
 776          *   - relocate_initrd()
 777          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 778          */
 779         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
 780 }
 781 #endif
 782
 783 /*
 784  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
 785  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
 786  * accurately.
 787  *
 788  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
 789  * might benefit from this as well.
 790  */
 791 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
 792 {
 793 #ifdef CONFIG_X86_64
 794         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
 795         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 796         phys_addr_t start_addr, end_addr;
 797         int i;
 798         u64 u;
 799
 800         /*
 801          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
 802          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
 803          */
 804         nr_pages = 0;
 805         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 806                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
 807                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
 808
 809                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
 810         }
 811
 812         /*
 813          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
 814          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
 815          * pages at the beginning or the end of the range:
 816          */
 817         nr_free_pages = 0;
 818         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
 819                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
 820                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
 821
 822                 if (start_pfn < end_pfn)
 823                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
 824         }
 825
 826         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
 827 #endif
 828 }
 829
 830 void __init zone_sizes_init(void)
 831 {
 832         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 833
 834         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 835
 836 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 837         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
 838 #endif
 839 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 840         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
 841 #endif
 842         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
 843 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 844         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
 845 #endif
 846
 847         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 848 }
 849
 850 DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
 851         .loaded_mm = &init_mm,
 852         .next_asid = 1,
 853         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
 854 };
 855 EXPORT_SYMBOL_GPL(cpu_tlbstate);
 856
 857 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
 858 {
 859         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
 860         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
 861
 862         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
 863         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
 864 }