Quelle  vmem.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 *    Copyright IBM Corp. 2006
 */

#include <linux/memory_hotplug.h>
#include <linux/cpufeature.h>
#include <linux/memblock.h>
#include <linux/pfn.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/hugetlb.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/sort.h>
#include <asm/page-states.h>
#include <asm/abs_lowcore.h>
#include <asm/cacheflush.h>
#include <asm/maccess.h>
#include <asm/nospec-branch.h>
#include <asm/ctlreg.h>
#include <asm/pgalloc.h>
#include <asm/setup.h>
#include <asm/tlbflush.h>
#include <asm/sections.h>
#include <asm/set_memory.h>
#include <asm/physmem_info.h>

static DEFINE_MUTEX(vmem_mutex);

static void __ref *vmem_alloc_pages(unsigned int order)
{
 unsigned long size = PAGE_SIZE << order;

 if (slab_is_available())
  return (void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, order);
 return memblock_alloc(size, size);
}

static void vmem_free_pages(unsigned long addr, int order, struct vmem_altmap *altmap)
{
 if (altmap) {
  vmem_altmap_free(altmap, 1 << order);
  return;
 }
 /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
 if (!slab_is_available() ||
     WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page((void *)addr))))
  return;
 free_pages(addr, order);
}

void *vmem_crst_alloc(unsigned long val)
{
 unsigned long *table;

 table = vmem_alloc_pages(CRST_ALLOC_ORDER);
 if (!table)
  return NULL;
 crst_table_init(table, val);
 __arch_set_page_dat(table, 1UL << CRST_ALLOC_ORDER);
 return table;
}

pte_t __ref *vmem_pte_alloc(void)
{
 pte_t *pte;

 if (slab_is_available())
  pte = (pte_t *)page_table_alloc(&init_mm);
 else
  pte = (pte_t *)memblock_alloc(PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 if (!pte)
  return NULL;
 memset64((u64 *)pte, _PAGE_INVALID, PTRS_PER_PTE);
 __arch_set_page_dat(pte, 1);
 return pte;
}

static void vmem_pte_free(unsigned long *table)
{
 /* We don't expect boot memory to be removed ever. */
 if (!slab_is_available() ||
     WARN_ON_ONCE(PageReserved(virt_to_page(table))))
  return;
 page_table_free(&init_mm, table);
}

#define PAGE_UNUSED 0xFD

/*
 * The unused vmemmap range, which was not yet memset(PAGE_UNUSED) ranges
 * from unused_sub_pmd_start to next PMD_SIZE boundary.
 */
static unsigned long unused_sub_pmd_start;

static void vmemmap_flush_unused_sub_pmd(void)
{
 if (!unused_sub_pmd_start)
  return;
 memset((void *)unused_sub_pmd_start, PAGE_UNUSED,
        ALIGN(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE) - unused_sub_pmd_start);
 unused_sub_pmd_start = 0;
}

static void vmemmap_mark_sub_pmd_used(unsigned long start, unsigned long end)
{
 /*
 * As we expect to add in the same granularity as we remove, it's
 * sufficient to mark only some piece used to block the memmap page from
 * getting removed (just in case the memmap never gets initialized,
 * e.g., because the memory block never gets onlined).
 */
 memset((void *)start, 0, sizeof(struct page));
}

static void vmemmap_use_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
{
 /*
 * We only optimize if the new used range directly follows the
 * previously unused range (esp., when populating consecutive sections).
 */
 if (unused_sub_pmd_start == start) {
  unused_sub_pmd_start = end;
  if (likely(IS_ALIGNED(unused_sub_pmd_start, PMD_SIZE)))
   unused_sub_pmd_start = 0;
  return;
 }
 vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
 vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);
}

static void vmemmap_use_new_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
{
 unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);

 vmemmap_flush_unused_sub_pmd();

 /* Could be our memmap page is filled with PAGE_UNUSED already ... */
 vmemmap_mark_sub_pmd_used(start, end);

 /* Mark the unused parts of the new memmap page PAGE_UNUSED. */
 if (!IS_ALIGNED(start, PMD_SIZE))
  memset((void *)page, PAGE_UNUSED, start - page);
 /*
 * We want to avoid memset(PAGE_UNUSED) when populating the vmemmap of
 * consecutive sections. Remember for the last added PMD the last
 * unused range in the populated PMD.
 */
 if (!IS_ALIGNED(end, PMD_SIZE))
  unused_sub_pmd_start = end;
}

/* Returns true if the PMD is completely unused and can be freed. */
static bool vmemmap_unuse_sub_pmd(unsigned long start, unsigned long end)
{
 unsigned long page = ALIGN_DOWN(start, PMD_SIZE);

 vmemmap_flush_unused_sub_pmd();
 memset((void *)start, PAGE_UNUSED, end - start);
 return !memchr_inv((void *)page, PAGE_UNUSED, PMD_SIZE);
}

/* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
static int __ref modify_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
      unsigned long end, bool add, bool direct,
      struct vmem_altmap *altmap)
{
 unsigned long prot, pages = 0;
 int ret = -ENOMEM;
 pte_t *pte;

 prot = pgprot_val(PAGE_KERNEL);
 pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE, pte++) {
  if (!add) {
   if (pte_none(*pte))
    continue;
   if (!direct)
    vmem_free_pages((unsigned long)pfn_to_virt(pte_pfn(*pte)), get_order(PAGE_SIZE), altmap);
   pte_clear(&init_mm, addr, pte);
  } else if (pte_none(*pte)) {
   if (!direct) {
    void *new_page = vmemmap_alloc_block_buf(PAGE_SIZE, NUMA_NO_NODE, altmap);

    if (!new_page)
     goto out;
    set_pte(pte, __pte(__pa(new_page) | prot));
   } else {
    set_pte(pte, __pte(__pa(addr) | prot));
   }
  } else {
   continue;
  }
  pages++;
 }
 ret = 0;
out:
 if (direct)
  update_page_count(PG_DIRECT_MAP_4K, add ? pages : -pages);
 return ret;
}

static void try_free_pte_table(pmd_t *pmd, unsigned long start)
{
 pte_t *pte;
 int i;

 /* We can safely assume this is fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
 pte = pte_offset_kernel(pmd, start);
 for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE; i++, pte++) {
  if (!pte_none(*pte))
   return;
 }
 vmem_pte_free((unsigned long *) pmd_deref(*pmd));
 pmd_clear(pmd);
}

/* __ref: we'll only call vmemmap_alloc_block() via vmemmap_populate() */
static int __ref modify_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long addr,
      unsigned long end, bool add, bool direct,
      struct vmem_altmap *altmap)
{
 unsigned long next, prot, pages = 0;
 int ret = -ENOMEM;
 pmd_t *pmd;
 pte_t *pte;

 prot = pgprot_val(SEGMENT_KERNEL);
 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 for (; addr < end; addr = next, pmd++) {
  next = pmd_addr_end(addr, end);
  if (!add) {
   if (pmd_none(*pmd))
    continue;
   if (pmd_leaf(*pmd)) {
    if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
        IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
     if (!direct)
      vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE), altmap);
     pmd_clear(pmd);
     pages++;
    } else if (!direct && vmemmap_unuse_sub_pmd(addr, next)) {
     vmem_free_pages(pmd_deref(*pmd), get_order(PMD_SIZE), altmap);
     pmd_clear(pmd);
    }
    continue;
   }
  } else if (pmd_none(*pmd)) {
   if (IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) &&
       IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE) &&
       cpu_has_edat1() && direct &&
       !debug_pagealloc_enabled()) {
    set_pmd(pmd, __pmd(__pa(addr) | prot));
    pages++;
    continue;
   } else if (!direct && cpu_has_edat1()) {
    void *new_page;

    /*
 * Use 1MB frames for vmemmap if available. We
 * always use large frames even if they are only
 * partially used. Otherwise we would have also
 * page tables since vmemmap_populate gets
 * called for each section separately.
 */
    new_page = vmemmap_alloc_block_buf(PMD_SIZE, NUMA_NO_NODE, altmap);
    if (new_page) {
     set_pmd(pmd, __pmd(__pa(new_page) | prot));
     if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE) ||
         !IS_ALIGNED(next, PMD_SIZE)) {
      vmemmap_use_new_sub_pmd(addr, next);
     }
     continue;
    }
   }
   pte = vmem_pte_alloc();
   if (!pte)
    goto out;
   pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
  } else if (pmd_leaf(*pmd)) {
   if (!direct)
    vmemmap_use_sub_pmd(addr, next);
   continue;
  }
  ret = modify_pte_table(pmd, addr, next, add, direct, altmap);
  if (ret)
   goto out;
  if (!add)
   try_free_pte_table(pmd, addr & PMD_MASK);
 }
 ret = 0;
out:
 if (direct)
  update_page_count(PG_DIRECT_MAP_1M, add ? pages : -pages);
 return ret;
}

static void try_free_pmd_table(pud_t *pud, unsigned long start)
{
 pmd_t *pmd;
 int i;

 pmd = pmd_offset(pud, start);
 for (i = 0; i < PTRS_PER_PMD; i++, pmd++)
  if (!pmd_none(*pmd))
   return;
 vmem_free_pages(pud_deref(*pud), CRST_ALLOC_ORDER, NULL);
 pud_clear(pud);
}

static int modify_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
       bool add, bool direct, struct vmem_altmap *altmap)
{
 unsigned long next, prot, pages = 0;
 int ret = -ENOMEM;
 pud_t *pud;
 pmd_t *pmd;

 prot = pgprot_val(REGION3_KERNEL);
 pud = pud_offset(p4d, addr);
 for (; addr < end; addr = next, pud++) {
  next = pud_addr_end(addr, end);
  if (!add) {
   if (pud_none(*pud))
    continue;
   if (pud_leaf(*pud)) {
    if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
        IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE)) {
     pud_clear(pud);
     pages++;
    }
    continue;
   }
  } else if (pud_none(*pud)) {
   if (IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE) &&
       IS_ALIGNED(next, PUD_SIZE) &&
       cpu_has_edat2() && direct &&
       !debug_pagealloc_enabled()) {
    set_pud(pud, __pud(__pa(addr) | prot));
    pages++;
    continue;
   }
   pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
   if (!pmd)
    goto out;
   pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
  } else if (pud_leaf(*pud)) {
   continue;
  }
  ret = modify_pmd_table(pud, addr, next, add, direct, altmap);
  if (ret)
   goto out;
  if (!add)
   try_free_pmd_table(pud, addr & PUD_MASK);
 }
 ret = 0;
out:
 if (direct)
  update_page_count(PG_DIRECT_MAP_2G, add ? pages : -pages);
 return ret;
}

static void try_free_pud_table(p4d_t *p4d, unsigned long start)
{
 pud_t *pud;
 int i;

 pud = pud_offset(p4d, start);
 for (i = 0; i < PTRS_PER_PUD; i++, pud++) {
  if (!pud_none(*pud))
   return;
 }
 vmem_free_pages(p4d_deref(*p4d), CRST_ALLOC_ORDER, NULL);
 p4d_clear(p4d);
}

static int modify_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
       bool add, bool direct, struct vmem_altmap *altmap)
{
 unsigned long next;
 int ret = -ENOMEM;
 p4d_t *p4d;
 pud_t *pud;

 p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 for (; addr < end; addr = next, p4d++) {
  next = p4d_addr_end(addr, end);
  if (!add) {
   if (p4d_none(*p4d))
    continue;
  } else if (p4d_none(*p4d)) {
   pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
   if (!pud)
    goto out;
   p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
  }
  ret = modify_pud_table(p4d, addr, next, add, direct, altmap);
  if (ret)
   goto out;
  if (!add)
   try_free_pud_table(p4d, addr & P4D_MASK);
 }
 ret = 0;
out:
 return ret;
}

static void try_free_p4d_table(pgd_t *pgd, unsigned long start)
{
 p4d_t *p4d;
 int i;

 p4d = p4d_offset(pgd, start);
 for (i = 0; i < PTRS_PER_P4D; i++, p4d++) {
  if (!p4d_none(*p4d))
   return;
 }
 vmem_free_pages(pgd_deref(*pgd), CRST_ALLOC_ORDER, NULL);
 pgd_clear(pgd);
}

static int modify_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool add,
       bool direct, struct vmem_altmap *altmap)
{
 unsigned long addr, next;
 int ret = -ENOMEM;
 pgd_t *pgd;
 p4d_t *p4d;

 if (WARN_ON_ONCE(!PAGE_ALIGNED(start | end)))
  return -EINVAL;
 /* Don't mess with any tables not fully in 1:1 mapping & vmemmap area */
 if (WARN_ON_ONCE(end > __abs_lowcore))
  return -EINVAL;
 for (addr = start; addr < end; addr = next) {
  next = pgd_addr_end(addr, end);
  pgd = pgd_offset_k(addr);

  if (!add) {
   if (pgd_none(*pgd))
    continue;
  } else if (pgd_none(*pgd)) {
   p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
   if (!p4d)
    goto out;
   pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
  }
  ret = modify_p4d_table(pgd, addr, next, add, direct, altmap);
  if (ret)
   goto out;
  if (!add)
   try_free_p4d_table(pgd, addr & PGDIR_MASK);
 }
 ret = 0;
out:
 if (!add)
  flush_tlb_kernel_range(start, end);
 return ret;
}

static int add_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct,
    struct vmem_altmap *altmap)
{
 return modify_pagetable(start, end, true, direct, altmap);
}

static int remove_pagetable(unsigned long start, unsigned long end, bool direct,
       struct vmem_altmap *altmap)
{
 return modify_pagetable(start, end, false, direct, altmap);
}

/*
 * Add a physical memory range to the 1:1 mapping.
 */
static int vmem_add_range(unsigned long start, unsigned long size)
{
 start = (unsigned long)__va(start);
 return add_pagetable(start, start + size, true, NULL);
}

/*
 * Remove a physical memory range from the 1:1 mapping.
 */
static void vmem_remove_range(unsigned long start, unsigned long size)
{
 start = (unsigned long)__va(start);
 remove_pagetable(start, start + size, true, NULL);
}

/*
 * Add a backed mem_map array to the virtual mem_map array.
 */
int __meminit vmemmap_populate(unsigned long start, unsigned long end, int node,
          struct vmem_altmap *altmap)
{
 int ret;

 mutex_lock(&vmem_mutex);
 /* We don't care about the node, just use NUMA_NO_NODE on allocations */
 ret = add_pagetable(start, end, false, altmap);
 if (ret)
  remove_pagetable(start, end, false, altmap);
 mutex_unlock(&vmem_mutex);
 return ret;
}

#ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG

void vmemmap_free(unsigned long start, unsigned long end,
    struct vmem_altmap *altmap)
{
 mutex_lock(&vmem_mutex);
 remove_pagetable(start, end, false, altmap);
 mutex_unlock(&vmem_mutex);
}

#endif

void vmem_remove_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
{
 mutex_lock(&vmem_mutex);
 vmem_remove_range(start, size);
 mutex_unlock(&vmem_mutex);
}

struct range arch_get_mappable_range(void)
{
 struct range mhp_range;

 mhp_range.start = 0;
 mhp_range.end = max_mappable - 1;
 return mhp_range;
}

int vmem_add_mapping(unsigned long start, unsigned long size)
{
 struct range range = arch_get_mappable_range();
 int ret;

 if (start < range.start ||
     start + size > range.end + 1 ||
     start + size < start)
  return -ERANGE;

 mutex_lock(&vmem_mutex);
 ret = vmem_add_range(start, size);
 if (ret)
  vmem_remove_range(start, size);
 mutex_unlock(&vmem_mutex);
 return ret;
}

/*
 * Allocate new or return existing page-table entry, but do not map it
 * to any physical address. If missing, allocate segment- and region-
 * table entries along. Meeting a large segment- or region-table entry
 * while traversing is an error, since the function is expected to be
 * called against virtual regions reserved for 4KB mappings only.
 */
pte_t *vmem_get_alloc_pte(unsigned long addr, bool alloc)
{
 pte_t *ptep = NULL;
 pgd_t *pgd;
 p4d_t *p4d;
 pud_t *pud;
 pmd_t *pmd;
 pte_t *pte;

 pgd = pgd_offset_k(addr);
 if (pgd_none(*pgd)) {
  if (!alloc)
   goto out;
  p4d = vmem_crst_alloc(_REGION2_ENTRY_EMPTY);
  if (!p4d)
   goto out;
  pgd_populate(&init_mm, pgd, p4d);
 }
 p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 if (p4d_none(*p4d)) {
  if (!alloc)
   goto out;
  pud = vmem_crst_alloc(_REGION3_ENTRY_EMPTY);
  if (!pud)
   goto out;
  p4d_populate(&init_mm, p4d, pud);
 }
 pud = pud_offset(p4d, addr);
 if (pud_none(*pud)) {
  if (!alloc)
   goto out;
  pmd = vmem_crst_alloc(_SEGMENT_ENTRY_EMPTY);
  if (!pmd)
   goto out;
  pud_populate(&init_mm, pud, pmd);
 } else if (WARN_ON_ONCE(pud_leaf(*pud))) {
  goto out;
 }
 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 if (pmd_none(*pmd)) {
  if (!alloc)
   goto out;
  pte = vmem_pte_alloc();
  if (!pte)
   goto out;
  pmd_populate(&init_mm, pmd, pte);
 } else if (WARN_ON_ONCE(pmd_leaf(*pmd))) {
  goto out;
 }
 ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
out:
 return ptep;
}

int __vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot, bool alloc)
{
 pte_t *ptep, pte;

 if (!IS_ALIGNED(addr, PAGE_SIZE))
  return -EINVAL;
 ptep = vmem_get_alloc_pte(addr, alloc);
 if (!ptep)
  return -ENOMEM;
 __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
 pte = mk_pte_phys(phys, prot);
 set_pte(ptep, pte);
 return 0;
}

int vmem_map_4k_page(unsigned long addr, unsigned long phys, pgprot_t prot)
{
 int rc;

 mutex_lock(&vmem_mutex);
 rc = __vmem_map_4k_page(addr, phys, prot, true);
 mutex_unlock(&vmem_mutex);
 return rc;
}

void vmem_unmap_4k_page(unsigned long addr)
{
 pte_t *ptep;

 mutex_lock(&vmem_mutex);
 ptep = virt_to_kpte(addr);
 __ptep_ipte(addr, ptep, 0, 0, IPTE_GLOBAL);
 pte_clear(&init_mm, addr, ptep);
 mutex_unlock(&vmem_mutex);
}

void __init vmem_map_init(void)
{
 __set_memory_rox(_stext, _etext);
 __set_memory_ro(_etext, __end_rodata);
 __set_memory_rox(__stext_amode31, __etext_amode31);
 /*
 * If the BEAR-enhancement facility is not installed the first
 * prefix page is used to return to the previous context with
 * an LPSWE instruction and therefore must be executable.
 */
 if (!cpu_has_bear())
  set_memory_x(0, 1);
 if (debug_pagealloc_enabled())
  __set_memory_4k(__va(0), absolute_pointer(__va(0)) + ident_map_size);
 pr_info("Write protected kernel read-only data: %luk\n",
  (unsigned long)(__end_rodata - _stext) >> 10);
}