Quelle  tsb.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/* arch/sparc64/mm/tsb.c
 *
 * Copyright (C) 2006, 2008 David S. Miller <davem@davemloft.net>
 */

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/preempt.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/mm_types.h>
#include <linux/pgtable.h>

#include <asm/page.h>
#include <asm/mmu_context.h>
#include <asm/setup.h>
#include <asm/tsb.h>
#include <asm/tlb.h>
#include <asm/oplib.h>

extern struct tsb swapper_tsb[KERNEL_TSB_NENTRIES];

static inline unsigned long tsb_hash(unsigned long vaddr, unsigned long hash_shift, unsigned long nentries)
{
 vaddr >>= hash_shift;
 return vaddr & (nentries - 1);
}

static inline int tag_compare(unsigned long tag, unsigned long vaddr)
{
 return (tag == (vaddr >> 22));
}

static void flush_tsb_kernel_range_scan(unsigned long start, unsigned long end)
{
 unsigned long idx;

 for (idx = 0; idx < KERNEL_TSB_NENTRIES; idx++) {
  struct tsb *ent = &swapper_tsb[idx];
  unsigned long match = idx << 13;

  match |= (ent->tag << 22);
  if (match >= start && match < end)
   ent->tag = (1UL << TSB_TAG_INVALID_BIT);
 }
}

/* TSB flushes need only occur on the processor initiating the address
 * space modification, not on each cpu the address space has run on.
 * Only the TLB flush needs that treatment.
 */

void flush_tsb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
{
 unsigned long v;

 if ((end - start) >> PAGE_SHIFT >= 2 * KERNEL_TSB_NENTRIES)
  return flush_tsb_kernel_range_scan(start, end);

 for (v = start; v < end; v += PAGE_SIZE) {
  unsigned long hash = tsb_hash(v, PAGE_SHIFT,
           KERNEL_TSB_NENTRIES);
  struct tsb *ent = &swapper_tsb[hash];

  if (tag_compare(ent->tag, v))
   ent->tag = (1UL << TSB_TAG_INVALID_BIT);
 }
}

static void __flush_tsb_one_entry(unsigned long tsb, unsigned long v,
      unsigned long hash_shift,
      unsigned long nentries)
{
 unsigned long tag, ent, hash;

 v &= ~0x1UL;
 hash = tsb_hash(v, hash_shift, nentries);
 ent = tsb + (hash * sizeof(struct tsb));
 tag = (v >> 22UL);

 tsb_flush(ent, tag);
}

static void __flush_tsb_one(struct tlb_batch *tb, unsigned long hash_shift,
       unsigned long tsb, unsigned long nentries)
{
 unsigned long i;

 for (i = 0; i < tb->tlb_nr; i++)
  __flush_tsb_one_entry(tsb, tb->vaddrs[i], hash_shift, nentries);
}

#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
static void __flush_huge_tsb_one_entry(unsigned long tsb, unsigned long v,
           unsigned long hash_shift,
           unsigned long nentries,
           unsigned int hugepage_shift)
{
 unsigned int hpage_entries;
 unsigned int i;

 hpage_entries = 1 << (hugepage_shift - hash_shift);
 for (i = 0; i < hpage_entries; i++)
  __flush_tsb_one_entry(tsb, v + (i << hash_shift), hash_shift,
          nentries);
}

static void __flush_huge_tsb_one(struct tlb_batch *tb, unsigned long hash_shift,
     unsigned long tsb, unsigned long nentries,
     unsigned int hugepage_shift)
{
 unsigned long i;

 for (i = 0; i < tb->tlb_nr; i++)
  __flush_huge_tsb_one_entry(tsb, tb->vaddrs[i], hash_shift,
        nentries, hugepage_shift);
}
#endif

void flush_tsb_user(struct tlb_batch *tb)
{
 struct mm_struct *mm = tb->mm;
 unsigned long nentries, base, flags;

 spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);

 if (tb->hugepage_shift < REAL_HPAGE_SHIFT) {
  base = (unsigned long) mm->context.tsb_block[MM_TSB_BASE].tsb;
  nentries = mm->context.tsb_block[MM_TSB_BASE].tsb_nentries;
  if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor)
   base = __pa(base);
  if (tb->hugepage_shift == PAGE_SHIFT)
   __flush_tsb_one(tb, PAGE_SHIFT, base, nentries);
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
  else
   __flush_huge_tsb_one(tb, PAGE_SHIFT, base, nentries,
          tb->hugepage_shift);
#endif
 }
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
 else if (mm->context.tsb_block[MM_TSB_HUGE].tsb) {
  base = (unsigned long) mm->context.tsb_block[MM_TSB_HUGE].tsb;
  nentries = mm->context.tsb_block[MM_TSB_HUGE].tsb_nentries;
  if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor)
   base = __pa(base);
  __flush_huge_tsb_one(tb, REAL_HPAGE_SHIFT, base, nentries,
         tb->hugepage_shift);
 }
#endif
 spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
}

void flush_tsb_user_page(struct mm_struct *mm, unsigned long vaddr,
    unsigned int hugepage_shift)
{
 unsigned long nentries, base, flags;

 spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);

 if (hugepage_shift < REAL_HPAGE_SHIFT) {
  base = (unsigned long) mm->context.tsb_block[MM_TSB_BASE].tsb;
  nentries = mm->context.tsb_block[MM_TSB_BASE].tsb_nentries;
  if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor)
   base = __pa(base);
  if (hugepage_shift == PAGE_SHIFT)
   __flush_tsb_one_entry(base, vaddr, PAGE_SHIFT,
           nentries);
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE)
  else
   __flush_huge_tsb_one_entry(base, vaddr, PAGE_SHIFT,
         nentries, hugepage_shift);
#endif
 }
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
 else if (mm->context.tsb_block[MM_TSB_HUGE].tsb) {
  base = (unsigned long) mm->context.tsb_block[MM_TSB_HUGE].tsb;
  nentries = mm->context.tsb_block[MM_TSB_HUGE].tsb_nentries;
  if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor)
   base = __pa(base);
  __flush_huge_tsb_one_entry(base, vaddr, REAL_HPAGE_SHIFT,
        nentries, hugepage_shift);
 }
#endif
 spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
}

#define HV_PGSZ_IDX_BASE HV_PGSZ_IDX_8K
#define HV_PGSZ_MASK_BASE HV_PGSZ_MASK_8K

#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
#define HV_PGSZ_IDX_HUGE HV_PGSZ_IDX_4MB
#define HV_PGSZ_MASK_HUGE HV_PGSZ_MASK_4MB
#endif

static void setup_tsb_params(struct mm_struct *mm, unsigned long tsb_idx, unsigned long tsb_bytes)
{
 unsigned long tsb_reg, base, tsb_paddr;
 unsigned long page_sz, tte;

 mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb_nentries =
  tsb_bytes / sizeof(struct tsb);

 switch (tsb_idx) {
 case MM_TSB_BASE:
  base = TSBMAP_8K_BASE;
  break;
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
 case MM_TSB_HUGE:
  base = TSBMAP_4M_BASE;
  break;
#endif
 default:
  BUG();
 }

 tte = pgprot_val(PAGE_KERNEL_LOCKED);
 tsb_paddr = __pa(mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb);
 BUG_ON(tsb_paddr & (tsb_bytes - 1UL));

 /* Use the smallest page size that can map the whole TSB
 * in one TLB entry.
 */
 switch (tsb_bytes) {
 case 8192 << 0:
  tsb_reg = 0x0UL;
#ifdef DCACHE_ALIASING_POSSIBLE
  base += (tsb_paddr & 8192);
#endif
  page_sz = 8192;
  break;

 case 8192 << 1:
  tsb_reg = 0x1UL;
  page_sz = 64 * 1024;
  break;

 case 8192 << 2:
  tsb_reg = 0x2UL;
  page_sz = 64 * 1024;
  break;

 case 8192 << 3:
  tsb_reg = 0x3UL;
  page_sz = 64 * 1024;
  break;

 case 8192 << 4:
  tsb_reg = 0x4UL;
  page_sz = 512 * 1024;
  break;

 case 8192 << 5:
  tsb_reg = 0x5UL;
  page_sz = 512 * 1024;
  break;

 case 8192 << 6:
  tsb_reg = 0x6UL;
  page_sz = 512 * 1024;
  break;

 case 8192 << 7:
  tsb_reg = 0x7UL;
  page_sz = 4 * 1024 * 1024;
  break;

 default:
  printk(KERN_ERR "TSB[%s:%d]: Impossible TSB size %lu, killing process.\n",
         current->comm, current->pid, tsb_bytes);
  BUG();
 }
 tte |= pte_sz_bits(page_sz);

 if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
  /* Physical mapping, no locked TLB entry for TSB.  */
  tsb_reg |= tsb_paddr;

  mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb_reg_val = tsb_reg;
  mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb_map_vaddr = 0;
  mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb_map_pte = 0;
 } else {
  tsb_reg |= base;
  tsb_reg |= (tsb_paddr & (page_sz - 1UL));
  tte |= (tsb_paddr & ~(page_sz - 1UL));

  mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb_reg_val = tsb_reg;
  mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb_map_vaddr = base;
  mm->context.tsb_block[tsb_idx].tsb_map_pte = tte;
 }

 /* Setup the Hypervisor TSB descriptor.  */
 if (tlb_type == hypervisor) {
  struct hv_tsb_descr *hp = &mm->context.tsb_descr[tsb_idx];

  switch (tsb_idx) {
  case MM_TSB_BASE:
   hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_BASE;
   break;
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
  case MM_TSB_HUGE:
   hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_HUGE;
   break;
#endif
  default:
   BUG();
  }
  hp->assoc = 1;
  hp->num_ttes = tsb_bytes / 16;
  hp->ctx_idx = 0;
  switch (tsb_idx) {
  case MM_TSB_BASE:
   hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_BASE;
   break;
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
  case MM_TSB_HUGE:
   hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_HUGE;
   break;
#endif
  default:
   BUG();
  }
  hp->tsb_base = tsb_paddr;
  hp->resv = 0;
 }
}

struct kmem_cache *pgtable_cache __read_mostly;

static struct kmem_cache *tsb_caches[8] __read_mostly;

static const char *tsb_cache_names[8] = {
 "tsb_8KB",
 "tsb_16KB",
 "tsb_32KB",
 "tsb_64KB",
 "tsb_128KB",
 "tsb_256KB",
 "tsb_512KB",
 "tsb_1MB",
};

void __init pgtable_cache_init(void)
{
 unsigned long i;

 pgtable_cache = kmem_cache_create("pgtable_cache",
       PAGE_SIZE, PAGE_SIZE,
       0,
       _clear_page);
 if (!pgtable_cache) {
  prom_printf("pgtable_cache_init(): Could not create!\n");
  prom_halt();
 }

 for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(tsb_cache_names); i++) {
  unsigned long size = 8192 << i;
  const char *name = tsb_cache_names[i];

  tsb_caches[i] = kmem_cache_create(name,
        size, size,
        0, NULL);
  if (!tsb_caches[i]) {
   prom_printf("Could not create %s cache\n", name);
   prom_halt();
  }
 }
}

int sysctl_tsb_ratio = -2;

static unsigned long tsb_size_to_rss_limit(unsigned long new_size)
{
 unsigned long num_ents = (new_size / sizeof(struct tsb));

 if (sysctl_tsb_ratio < 0)
  return num_ents - (num_ents >> -sysctl_tsb_ratio);
 else
  return num_ents + (num_ents >> sysctl_tsb_ratio);
}

/* When the RSS of an address space exceeds tsb_rss_limit for a TSB,
 * do_sparc64_fault() invokes this routine to try and grow it.
 *
 * When we reach the maximum TSB size supported, we stick ~0UL into
 * tsb_rss_limit for that TSB so the grow checks in do_sparc64_fault()
 * will not trigger any longer.
 *
 * The TSB can be anywhere from 8K to 1MB in size, in increasing powers
 * of two.  The TSB must be aligned to its size, so f.e. a 512K TSB
 * must be 512K aligned.  It also must be physically contiguous, so we
 * cannot use vmalloc().
 *
 * The idea here is to grow the TSB when the RSS of the process approaches
 * the number of entries that the current TSB can hold at once.  Currently,
 * we trigger when the RSS hits 3/4 of the TSB capacity.
 */
void tsb_grow(struct mm_struct *mm, unsigned long tsb_index, unsigned long rss)
{
 unsigned long max_tsb_size = 1 * 1024 * 1024;
 unsigned long new_size, old_size, flags;
 struct tsb *old_tsb, *new_tsb;
 unsigned long new_cache_index, old_cache_index;
 unsigned long new_rss_limit;
 gfp_t gfp_flags;

 if (max_tsb_size > PAGE_SIZE << MAX_PAGE_ORDER)
  max_tsb_size = PAGE_SIZE << MAX_PAGE_ORDER;

 new_cache_index = 0;
 for (new_size = 8192; new_size < max_tsb_size; new_size <<= 1UL) {
  new_rss_limit = tsb_size_to_rss_limit(new_size);
  if (new_rss_limit > rss)
   break;
  new_cache_index++;
 }

 if (new_size == max_tsb_size)
  new_rss_limit = ~0UL;

retry_tsb_alloc:
 gfp_flags = GFP_KERNEL;
 if (new_size > (PAGE_SIZE * 2))
  gfp_flags |= __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY;

 new_tsb = kmem_cache_alloc_node(tsb_caches[new_cache_index],
     gfp_flags, numa_node_id());
 if (unlikely(!new_tsb)) {
  /* Not being able to fork due to a high-order TSB
 * allocation failure is very bad behavior.  Just back
 * down to a 0-order allocation and force no TSB
 * growing for this address space.
 */
  if (mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb == NULL &&
      new_cache_index > 0) {
   new_cache_index = 0;
   new_size = 8192;
   new_rss_limit = ~0UL;
   goto retry_tsb_alloc;
  }

  /* If we failed on a TSB grow, we are under serious
 * memory pressure so don't try to grow any more.
 */
  if (mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb != NULL)
   mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb_rss_limit = ~0UL;
  return;
 }

 /* Mark all tags as invalid.  */
 tsb_init(new_tsb, new_size);

 /* Ok, we are about to commit the changes.  If we are
 * growing an existing TSB the locking is very tricky,
 * so WATCH OUT!
 *
 * We have to hold mm->context.lock while committing to the
 * new TSB, this synchronizes us with processors in
 * flush_tsb_user() and switch_mm() for this address space.
 *
 * But even with that lock held, processors run asynchronously
 * accessing the old TSB via TLB miss handling.  This is OK
 * because those actions are just propagating state from the
 * Linux page tables into the TSB, page table mappings are not
 * being changed.  If a real fault occurs, the processor will
 * synchronize with us when it hits flush_tsb_user(), this is
 * also true for the case where vmscan is modifying the page
 * tables.  The only thing we need to be careful with is to
 * skip any locked TSB entries during copy_tsb().
 *
 * When we finish committing to the new TSB, we have to drop
 * the lock and ask all other cpus running this address space
 * to run tsb_context_switch() to see the new TSB table.
 */
 spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);

 old_tsb = mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb;
 old_cache_index =
  (mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb_reg_val & 0x7UL);
 old_size = (mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb_nentries *
      sizeof(struct tsb));


 /* Handle multiple threads trying to grow the TSB at the same time.
 * One will get in here first, and bump the size and the RSS limit.
 * The others will get in here next and hit this check.
 */
 if (unlikely(old_tsb &&
       (rss < mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb_rss_limit))) {
  spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);

  kmem_cache_free(tsb_caches[new_cache_index], new_tsb);
  return;
 }

 mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb_rss_limit = new_rss_limit;

 if (old_tsb) {
  extern void copy_tsb(unsigned long old_tsb_base,
         unsigned long old_tsb_size,
         unsigned long new_tsb_base,
         unsigned long new_tsb_size,
         unsigned long page_size_shift);
  unsigned long old_tsb_base = (unsigned long) old_tsb;
  unsigned long new_tsb_base = (unsigned long) new_tsb;

  if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
   old_tsb_base = __pa(old_tsb_base);
   new_tsb_base = __pa(new_tsb_base);
  }
  copy_tsb(old_tsb_base, old_size, new_tsb_base, new_size,
   tsb_index == MM_TSB_BASE ?
   PAGE_SHIFT : REAL_HPAGE_SHIFT);
 }

 mm->context.tsb_block[tsb_index].tsb = new_tsb;
 setup_tsb_params(mm, tsb_index, new_size);

 spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);

 /* If old_tsb is NULL, we're being invoked for the first time
 * from init_new_context().
 */
 if (old_tsb) {
  /* Reload it on the local cpu.  */
  tsb_context_switch(mm);

  /* Now force other processors to do the same.  */
  preempt_disable();
  smp_tsb_sync(mm);
  preempt_enable();

  /* Now it is safe to free the old tsb.  */
  kmem_cache_free(tsb_caches[old_cache_index], old_tsb);
 }
}

int init_new_context(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)
{
 unsigned long mm_rss = get_mm_rss(mm);
#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
 unsigned long saved_hugetlb_pte_count;
 unsigned long saved_thp_pte_count;
#endif
 unsigned int i;

 spin_lock_init(&mm->context.lock);

 mm->context.sparc64_ctx_val = 0UL;

 mm->context.tag_store = NULL;
 spin_lock_init(&mm->context.tag_lock);

#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
 /* We reset them to zero because the fork() page copying
 * will re-increment the counters as the parent PTEs are
 * copied into the child address space.
 */
 saved_hugetlb_pte_count = mm->context.hugetlb_pte_count;
 saved_thp_pte_count = mm->context.thp_pte_count;
 mm->context.hugetlb_pte_count = 0;
 mm->context.thp_pte_count = 0;

 mm_rss -= saved_thp_pte_count * (HPAGE_SIZE / PAGE_SIZE);
#endif

 /* copy_mm() copies over the parent's mm_struct before calling
 * us, so we need to zero out the TSB pointer or else tsb_grow()
 * will be confused and think there is an older TSB to free up.
 */
 for (i = 0; i < MM_NUM_TSBS; i++)
  mm->context.tsb_block[i].tsb = NULL;

 /* If this is fork, inherit the parent's TSB size.  We would
 * grow it to that size on the first page fault anyways.
 */
 tsb_grow(mm, MM_TSB_BASE, mm_rss);

#if defined(CONFIG_HUGETLB_PAGE) || defined(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE)
 if (unlikely(saved_hugetlb_pte_count + saved_thp_pte_count))
  tsb_grow(mm, MM_TSB_HUGE,
    (saved_hugetlb_pte_count + saved_thp_pte_count) *
    REAL_HPAGE_PER_HPAGE);
#endif

 if (unlikely(!mm->context.tsb_block[MM_TSB_BASE].tsb))
  return -ENOMEM;

 return 0;
}

static void tsb_destroy_one(struct tsb_config *tp)
{
 unsigned long cache_index;

 if (!tp->tsb)
  return;
 cache_index = tp->tsb_reg_val & 0x7UL;
 kmem_cache_free(tsb_caches[cache_index], tp->tsb);
 tp->tsb = NULL;
 tp->tsb_reg_val = 0UL;
}

void destroy_context(struct mm_struct *mm)
{
 unsigned long flags, i;

 for (i = 0; i < MM_NUM_TSBS; i++)
  tsb_destroy_one(&mm->context.tsb_block[i]);

 spin_lock_irqsave(&ctx_alloc_lock, flags);

 if (CTX_VALID(mm->context)) {
  unsigned long nr = CTX_NRBITS(mm->context);
  mmu_context_bmap[nr>>6] &= ~(1UL << (nr & 63));
 }

 spin_unlock_irqrestore(&ctx_alloc_lock, flags);

 /* If ADI tag storage was allocated for this task, free it */
 if (mm->context.tag_store) {
  tag_storage_desc_t *tag_desc;
  unsigned long max_desc;
  unsigned char *tags;

  tag_desc = mm->context.tag_store;
  max_desc = PAGE_SIZE/sizeof(tag_storage_desc_t);
  for (i = 0; i < max_desc; i++) {
   tags = tag_desc->tags;
   tag_desc->tags = NULL;
   kfree(tags);
   tag_desc++;
  }
  kfree(mm->context.tag_store);
  mm->context.tag_store = NULL;
 }
}