Merge branch 'for-4.19' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/tj/wq
[sfrench/cifs-2.6.git] / 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 #include <linux/swapfile.h>
8 #include <linux/swapops.h>
9
10 #include <asm/set_memory.h>
11 #include <asm/e820/api.h>
12 #include <asm/init.h>
13 #include <asm/page.h>
14 #include <asm/page_types.h>
15 #include <asm/sections.h>
16 #include <asm/setup.h>
17 #include <asm/tlbflush.h>
18 #include <asm/tlb.h>
19 #include <asm/proto.h>
20 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
21 #include <asm/microcode.h>
22 #include <asm/kaslr.h>
23 #include <asm/hypervisor.h>
24 #include <asm/cpufeature.h>
25 #include <asm/pti.h>
26
27 /*
28  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
29  * is only compied when SMP=y.
30  */
31 #define CREATE_TRACE_POINTS
32 #include <trace/events/tlb.h>
33
34 #include "mm_internal.h"
35
36 /*
37  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
38  *
39  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
40  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
41  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
42  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
43  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
44  *
45  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
46  *
47  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
48  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
49  */
50 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
51         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
52         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
53         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
54         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
55         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
56         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
57 };
58 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
59
60 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
61         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
62         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
63         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
64         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
65         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
66         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
67         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
68         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
69 };
70 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
71
72 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
73 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
74 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
75
76 static unsigned long min_pfn_mapped;
77
78 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
79
80 /*
81  * Pages returned are already directly mapped.
82  *
83  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
84  *
85  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
86  *
87  * for detailed information.
88  */
89 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
90 {
91         unsigned long pfn;
92         int i;
93
94         if (after_bootmem) {
95                 unsigned int order;
96
97                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
98                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO, order);
99         }
100
101         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
102                 unsigned long ret = 0;
103
104                 if (min_pfn_mapped < max_pfn_mapped) {
105                         ret = memblock_find_in_range(
106                                         min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
107                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
108                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
109                 }
110                 if (ret)
111                         memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
112                 else if (can_use_brk_pgt)
113                         ret = __pa(extend_brk(PAGE_SIZE * num, PAGE_SIZE));
114
115                 if (!ret)
116                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
117
118                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
119         } else {
120                 pfn = pgt_buf_end;
121                 pgt_buf_end += num;
122                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
123                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
124         }
125
126         for (i = 0; i < num; i++) {
127                 void *adr;
128
129                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
130                 clear_page(adr);
131         }
132
133         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
134 }
135
136 /*
137  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
138  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
139  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
140  * randomization is enabled.
141  */
142 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
143 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
144 #else
145 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
146 #endif
147 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
148 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
149 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
150 {
151         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
152         phys_addr_t base;
153
154         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
155
156         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
157         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
158         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
159 }
160
161 int after_bootmem;
162
163 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
164
165 struct map_range {
166         unsigned long start;
167         unsigned long end;
168         unsigned page_size_mask;
169 };
170
171 static int page_size_mask;
172
173 static void __init probe_page_size_mask(void)
174 {
175         /*
176          * For pagealloc debugging, identity mapping will use small pages.
177          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
178          * large pages into small in interrupt context, etc.
179          */
180         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled())
181                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
182         else
183                 direct_gbpages = 0;
184
185         /* Enable PSE if available */
186         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
187                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
188
189         /* Enable PGE if available */
190         __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
191         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
192                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
193                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
194         }
195
196         /* By the default is everything supported: */
197         __default_kernel_pte_mask = __supported_pte_mask;
198         /* Except when with PTI where the kernel is mostly non-Global: */
199         if (cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
200                 __default_kernel_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
201
202         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
203         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
204                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
205                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
206         } else {
207                 direct_gbpages = 0;
208         }
209 }
210
211 static void setup_pcid(void)
212 {
213         if (!IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
214                 return;
215
216         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID))
217                 return;
218
219         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
220                 /*
221                  * This can't be cr4_set_bits_and_update_boot() -- the
222                  * trampoline code can't handle CR4.PCIDE and it wouldn't
223                  * do any good anyway.  Despite the name,
224                  * cr4_set_bits_and_update_boot() doesn't actually cause
225                  * the bits in question to remain set all the way through
226                  * the secondary boot asm.
227                  *
228                  * Instead, we brute-force it and set CR4.PCIDE manually in
229                  * start_secondary().
230                  */
231                 cr4_set_bits(X86_CR4_PCIDE);
232
233                 /*
234                  * INVPCID's single-context modes (2/3) only work if we set
235                  * X86_CR4_PCIDE, *and* we INVPCID support.  It's unusable
236                  * on systems that have X86_CR4_PCIDE clear, or that have
237                  * no INVPCID support at all.
238                  */
239                 if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID))
240                         setup_force_cpu_cap(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE);
241         } else {
242                 /*
243                  * flush_tlb_all(), as currently implemented, won't work if
244                  * PCID is on but PGE is not.  Since that combination
245                  * doesn't exist on real hardware, there's no reason to try
246                  * to fully support it, but it's polite to avoid corrupting
247                  * data if we're on an improperly configured VM.
248                  */
249                 setup_clear_cpu_cap(X86_FEATURE_PCID);
250         }
251 }
252
253 #ifdef CONFIG_X86_32
254 #define NR_RANGE_MR 3
255 #else /* CONFIG_X86_64 */
256 #define NR_RANGE_MR 5
257 #endif
258
259 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
260                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
261                              unsigned long page_size_mask)
262 {
263         if (start_pfn < end_pfn) {
264                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
265                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
266                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
267                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
268                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
269                 nr_range++;
270         }
271
272         return nr_range;
273 }
274
275 /*
276  * adjust the page_size_mask for small range to go with
277  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
278  */
279 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
280                                                          int nr_range)
281 {
282         int i;
283
284         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
285                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
286                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
287                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
288                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
289
290 #ifdef CONFIG_X86_32
291                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
292                                 continue;
293 #endif
294
295                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
296                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
297                 }
298                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
299                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
300                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
301                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
302
303                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
304                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
305                 }
306         }
307 }
308
309 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
310 {
311         static const char str_1g[] = "1G";
312         static const char str_2m[] = "2M";
313         static const char str_4m[] = "4M";
314         static const char str_4k[] = "4k";
315
316         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
317                 return str_1g;
318         /*
319          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
320          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
321          * print out the right size in the string.
322          */
323         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
324             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
325             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
326                 return str_4m;
327
328         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
329                 return str_2m;
330
331         return str_4k;
332 }
333
334 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
335                                      unsigned long start,
336                                      unsigned long end)
337 {
338         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
339         unsigned long pfn;
340         int i;
341
342         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
343
344         /* head if not big page alignment ? */
345         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
346 #ifdef CONFIG_X86_32
347         /*
348          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
349          * because there are often fixed size MTRRs in there
350          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
351          * slowdowns.
352          */
353         if (pfn == 0)
354                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
355         else
356                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
357 #else /* CONFIG_X86_64 */
358         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
359 #endif
360         if (end_pfn > limit_pfn)
361                 end_pfn = limit_pfn;
362         if (start_pfn < end_pfn) {
363                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
364                 pfn = end_pfn;
365         }
366
367         /* big page (2M) range */
368         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
369 #ifdef CONFIG_X86_32
370         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
371 #else /* CONFIG_X86_64 */
372         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
373         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
374                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
375 #endif
376
377         if (start_pfn < end_pfn) {
378                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
379                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
380                 pfn = end_pfn;
381         }
382
383 #ifdef CONFIG_X86_64
384         /* big page (1G) range */
385         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
386         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
387         if (start_pfn < end_pfn) {
388                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
389                                 page_size_mask &
390                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
391                 pfn = end_pfn;
392         }
393
394         /* tail is not big page (1G) alignment */
395         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
396         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
397         if (start_pfn < end_pfn) {
398                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
399                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
400                 pfn = end_pfn;
401         }
402 #endif
403
404         /* tail is not big page (2M) alignment */
405         start_pfn = pfn;
406         end_pfn = limit_pfn;
407         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
408
409         if (!after_bootmem)
410                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
411
412         /* try to merge same page size and continuous */
413         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
414                 unsigned long old_start;
415                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
416                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
417                         continue;
418                 /* move it */
419                 old_start = mr[i].start;
420                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
421                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
422                 mr[i--].start = old_start;
423                 nr_range--;
424         }
425
426         for (i = 0; i < nr_range; i++)
427                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
428                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
429                                 page_size_string(&mr[i]));
430
431         return nr_range;
432 }
433
434 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
435 int nr_pfn_mapped;
436
437 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
438 {
439         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
440                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
441         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
442
443         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
444
445         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
446                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
447                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
448 }
449
450 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
451 {
452         int i;
453
454         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
455                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
456                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
457                         return true;
458
459         return false;
460 }
461
462 /*
463  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
464  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
465  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
466  */
467 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
468                                                unsigned long end)
469 {
470         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
471         unsigned long ret = 0;
472         int nr_range, i;
473
474         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
475                start, end - 1);
476
477         memset(mr, 0, sizeof(mr));
478         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
479
480         for (i = 0; i < nr_range; i++)
481                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
482                                                    mr[i].page_size_mask);
483
484         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
485
486         return ret >> PAGE_SHIFT;
487 }
488
489 /*
490  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
491  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
492  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
493  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
494  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
495  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
496  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
497  *
498  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
499  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
500  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
501  */
502 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
503                                            unsigned long r_start,
504                                            unsigned long r_end)
505 {
506         unsigned long start_pfn, end_pfn;
507         unsigned long mapped_ram_size = 0;
508         int i;
509
510         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
511                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
512                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
513                 if (start >= end)
514                         continue;
515
516                 /*
517                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
518                  * alloc pgt buf from memblock instead.
519                  */
520                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
521                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
522                 init_memory_mapping(start, end);
523                 mapped_ram_size += end - start;
524                 can_use_brk_pgt = true;
525         }
526
527         return mapped_ram_size;
528 }
529
530 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
531 {
532         /*
533          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
534          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
535          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
536          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
537          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
538          * difference of page table level shifts.
539          *
540          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
541          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
542          * turns it into 0x100000000ULL.
543          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
544          * needs to be taken into consideration by the code below.
545          */
546         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
547 }
548
549 /**
550  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
551  * @map_start: start address of the target memory range
552  * @map_end: end address of the target memory range
553  *
554  * This function will setup direct mapping for memory range
555  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
556  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
557  * memory in top-down.
558  */
559 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
560                                        unsigned long map_end)
561 {
562         unsigned long real_end, start, last_start;
563         unsigned long step_size;
564         unsigned long addr;
565         unsigned long mapped_ram_size = 0;
566
567         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
568         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
569         real_end = addr + PMD_SIZE;
570
571         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
572         step_size = PMD_SIZE;
573         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
574         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
575         last_start = start = real_end;
576
577         /*
578          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
579          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
580          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
581          * for page table.
582          */
583         while (last_start > map_start) {
584                 if (last_start > step_size) {
585                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
586                         if (start < map_start)
587                                 start = map_start;
588                 } else
589                         start = map_start;
590                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
591                                                         last_start);
592                 last_start = start;
593                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
594                 if (mapped_ram_size >= step_size)
595                         step_size = get_new_step_size(step_size);
596         }
597
598         if (real_end < map_end)
599                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
600 }
601
602 /**
603  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
604  * @map_start: start address of the target memory range
605  * @map_end: end address of the target memory range
606  *
607  * This function will setup direct mapping for memory range
608  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
609  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
610  * be allocated just above the kernel and we map the memory
611  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
612  */
613 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
614                                         unsigned long map_end)
615 {
616         unsigned long next, start;
617         unsigned long mapped_ram_size = 0;
618         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
619         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
620
621         start = map_start;
622         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
623
624         /*
625          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
626          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
627          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
628          * for page table.
629          */
630         while (start < map_end) {
631                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
632                         next = round_up(start + 1, step_size);
633                         if (next > map_end)
634                                 next = map_end;
635                 } else {
636                         next = map_end;
637                 }
638
639                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
640                 start = next;
641
642                 if (mapped_ram_size >= step_size)
643                         step_size = get_new_step_size(step_size);
644         }
645 }
646
647 void __init init_mem_mapping(void)
648 {
649         unsigned long end;
650
651         pti_check_boottime_disable();
652         probe_page_size_mask();
653         setup_pcid();
654
655 #ifdef CONFIG_X86_64
656         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
657 #else
658         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
659 #endif
660
661         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
662         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
663
664         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
665         init_trampoline();
666
667         /*
668          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
669          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
670          */
671         if (memblock_bottom_up()) {
672                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
673
674                 /*
675                  * we need two separate calls here. This is because we want to
676                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
677                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
678                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
679                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
680                  */
681                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
682                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
683         } else {
684                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
685         }
686
687 #ifdef CONFIG_X86_64
688         if (max_pfn > max_low_pfn) {
689                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
690                 max_low_pfn = max_pfn;
691         }
692 #else
693         early_ioremap_page_table_range_init();
694 #endif
695
696         load_cr3(swapper_pg_dir);
697         __flush_tlb_all();
698
699         x86_init.hyper.init_mem_mapping();
700
701         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
702 }
703
704 /*
705  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
706  * is valid. The argument is a physical page number.
707  *
708  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
709  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
710  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
711  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
712  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
713  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
714  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
715  */
716 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
717 {
718         if (region_intersects(PFN_PHYS(pagenr), PAGE_SIZE,
719                                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE)
720                         != REGION_DISJOINT) {
721                 /*
722                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
723                  * request that the page be shown as all zeros.
724                  */
725                 if (pagenr < 256)
726                         return 2;
727
728                 return 0;
729         }
730
731         /*
732          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
733          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
734          */
735         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
736                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
737                 if (pagenr < 256)
738                         return 1;
739
740                 return 0;
741         }
742
743         return 1;
744 }
745
746 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
747 {
748         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
749
750         /* Make sure boundaries are page aligned */
751         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
752         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
753
754         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
755                 begin = begin_aligned;
756                 end   = end_aligned;
757         }
758
759         if (begin >= end)
760                 return;
761
762         /*
763          * If debugging page accesses then do not free this memory but
764          * mark them not present - any buggy init-section access will
765          * create a kernel page fault:
766          */
767         if (debug_pagealloc_enabled()) {
768                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
769                         begin, end - 1);
770                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
771         } else {
772                 /*
773                  * We just marked the kernel text read only above, now that
774                  * we are going to free part of that, we need to make that
775                  * writeable and non-executable first.
776                  */
777                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
778                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
779
780                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
781                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
782         }
783 }
784
785 /*
786  * begin/end can be in the direct map or the "high kernel mapping"
787  * used for the kernel image only.  free_init_pages() will do the
788  * right thing for either kind of address.
789  */
790 void free_kernel_image_pages(void *begin, void *end)
791 {
792         unsigned long begin_ul = (unsigned long)begin;
793         unsigned long end_ul = (unsigned long)end;
794         unsigned long len_pages = (end_ul - begin_ul) >> PAGE_SHIFT;
795
796
797         free_init_pages("unused kernel image", begin_ul, end_ul);
798
799         /*
800          * PTI maps some of the kernel into userspace.  For performance,
801          * this includes some kernel areas that do not contain secrets.
802          * Those areas might be adjacent to the parts of the kernel image
803          * being freed, which may contain secrets.  Remove the "high kernel
804          * image mapping" for these freed areas, ensuring they are not even
805          * potentially vulnerable to Meltdown regardless of the specific
806          * optimizations PTI is currently using.
807          *
808          * The "noalias" prevents unmapping the direct map alias which is
809          * needed to access the freed pages.
810          *
811          * This is only valid for 64bit kernels. 32bit has only one mapping
812          * which can't be treated in this way for obvious reasons.
813          */
814         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64) && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PTI))
815                 set_memory_np_noalias(begin_ul, len_pages);
816 }
817
818 void __ref free_initmem(void)
819 {
820         e820__reallocate_tables();
821
822         free_kernel_image_pages(&__init_begin, &__init_end);
823 }
824
825 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
826 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
827 {
828         /*
829          * end could be not aligned, and We can not align that,
830          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
831          * We already reserve the end partial page before in
832          *   - i386_start_kernel()
833          *   - x86_64_start_kernel()
834          *   - relocate_initrd()
835          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
836          */
837         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
838 }
839 #endif
840
841 /*
842  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
843  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
844  * accurately.
845  *
846  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
847  * might benefit from this as well.
848  */
849 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
850 {
851 #ifdef CONFIG_X86_64
852         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
853         unsigned long start_pfn, end_pfn;
854         phys_addr_t start_addr, end_addr;
855         int i;
856         u64 u;
857
858         /*
859          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
860          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
861          */
862         nr_pages = 0;
863         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
864                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
865                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
866
867                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
868         }
869
870         /*
871          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
872          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
873          * pages at the beginning or the end of the range:
874          */
875         nr_free_pages = 0;
876         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
877                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
878                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
879
880                 if (start_pfn < end_pfn)
881                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
882         }
883
884         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
885 #endif
886 }
887
888 void __init zone_sizes_init(void)
889 {
890         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
891
892         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
893
894 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
895         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
896 #endif
897 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
898         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
899 #endif
900         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
901 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
902         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
903 #endif
904
905         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
906 }
907
908 __visible DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
909         .loaded_mm = &init_mm,
910         .next_asid = 1,
911         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
912 };
913 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(cpu_tlbstate);
914
915 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
916 {
917         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
918         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
919
920         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
921         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
922 }
923
924 #ifdef CONFIG_SWAP
925 unsigned long max_swapfile_size(void)
926 {
927         unsigned long pages;
928
929         pages = generic_max_swapfile_size();
930
931         if (boot_cpu_has_bug(X86_BUG_L1TF)) {
932                 /* Limit the swap file size to MAX_PA/2 for L1TF workaround */
933                 unsigned long l1tf_limit = l1tf_pfn_limit() + 1;
934                 /*
935                  * We encode swap offsets also with 3 bits below those for pfn
936                  * which makes the usable limit higher.
937                  */
938 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
939                 l1tf_limit <<= PAGE_SHIFT - SWP_OFFSET_FIRST_BIT;
940 #endif
941                 pages = min_t(unsigned long, l1tf_limit, pages);
942         }
943         return pages;
944 }
945 #endif