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/cacheflush.h>
   9 #include <asm/e820.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
  20 unsigned long __initdata pgt_buf_start;
  21 unsigned long __meminitdata pgt_buf_end;
  22 unsigned long __meminitdata pgt_buf_top;
  23
  24 int after_bootmem;
  25
  26 int direct_gbpages
  27 #ifdef CONFIG_DIRECT_GBPAGES
  28                                 = 1
  29 #endif
  30 ;
  31
  32 struct map_range {
  33         unsigned long start;
  34         unsigned long end;
  35         unsigned page_size_mask;
  36 };
  37
  38 static int page_size_mask;
  39
  40 static void __init probe_page_size_mask(void)
  41 {
  42 #if !defined(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) && !defined(CONFIG_KMEMCHECK)
  43         /*
  44          * For CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC, identity mapping will use small pages.
  45          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
  46          * large pages into small in interrupt context, etc.
  47          */
  48         if (direct_gbpages)
  49                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
  50         if (cpu_has_pse)
  51                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
  52 #endif
  53
  54         /* Enable PSE if available */
  55         if (cpu_has_pse)
  56                 set_in_cr4(X86_CR4_PSE);
  57
  58         /* Enable PGE if available */
  59         if (cpu_has_pge) {
  60                 set_in_cr4(X86_CR4_PGE);
  61                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
  62         }
  63 }
  64 void __init native_pagetable_reserve(u64 start, u64 end)
  65 {
  66         memblock_reserve(start, end - start);
  67 }
  68
  69 #ifdef CONFIG_X86_32
  70 #define NR_RANGE_MR 3
  71 #else /* CONFIG_X86_64 */
  72 #define NR_RANGE_MR 5
  73 #endif
  74
  75 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
  76                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
  77                              unsigned long page_size_mask)
  78 {
  79         if (start_pfn < end_pfn) {
  80                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
  81                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
  82                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
  83                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
  84                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
  85                 nr_range++;
  86         }
  87
  88         return nr_range;
  89 }
  90
  91 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
  92                                      unsigned long start,
  93                                      unsigned long end)
  94 {
  95         unsigned long start_pfn, end_pfn;
  96         unsigned long pos;
  97         int i;
  98
  99         /* head if not big page alignment ? */
 100         start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 101         pos = start_pfn << PAGE_SHIFT;
 102 #ifdef CONFIG_X86_32
 103         /*
 104          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 105          * because there are often fixed size MTRRs in there
 106          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 107          * slowdowns.
 108          */
 109         if (pos == 0)
 110                 end_pfn = 1<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 111         else
 112                 end_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 113                                  << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 114 #else /* CONFIG_X86_64 */
 115         end_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1)) >> PMD_SHIFT)
 116                         << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 117 #endif
 118         if (end_pfn > (end >> PAGE_SHIFT))
 119                 end_pfn = end >> PAGE_SHIFT;
 120         if (start_pfn < end_pfn) {
 121                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 122                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 123         }
 124
 125         /* big page (2M) range */
 126         start_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 127                          << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 128 #ifdef CONFIG_X86_32
 129         end_pfn = (end>>PMD_SHIFT) << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 130 #else /* CONFIG_X86_64 */
 131         end_pfn = ((pos + (PUD_SIZE - 1))>>PUD_SHIFT)
 132                          << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 133         if (end_pfn > ((end>>PMD_SHIFT)<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT)))
 134                 end_pfn = ((end>>PMD_SHIFT)<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT));
 135 #endif
 136
 137         if (start_pfn < end_pfn) {
 138                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 139                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 140                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 141         }
 142
 143 #ifdef CONFIG_X86_64
 144         /* big page (1G) range */
 145         start_pfn = ((pos + (PUD_SIZE - 1))>>PUD_SHIFT)
 146                          << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 147         end_pfn = (end >> PUD_SHIFT) << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 148         if (start_pfn < end_pfn) {
 149                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 150                                 page_size_mask &
 151                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 152                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 153         }
 154
 155         /* tail is not big page (1G) alignment */
 156         start_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 157                          << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 158         end_pfn = (end >> PMD_SHIFT) << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 159         if (start_pfn < end_pfn) {
 160                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 161                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 162                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 163         }
 164 #endif
 165
 166         /* tail is not big page (2M) alignment */
 167         start_pfn = pos>>PAGE_SHIFT;
 168         end_pfn = end>>PAGE_SHIFT;
 169         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 170
 171         /* try to merge same page size and continuous */
 172         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 173                 unsigned long old_start;
 174                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 175                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 176                         continue;
 177                 /* move it */
 178                 old_start = mr[i].start;
 179                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 180                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 181                 mr[i--].start = old_start;
 182                 nr_range--;
 183         }
 184
 185         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 186                 printk(KERN_DEBUG " [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
 187                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
 188                         (mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))?"1G":(
 189                          (mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))?"2M":"4k"));
 190
 191         return nr_range;
 192 }
 193
 194 /*
 195  * First calculate space needed for kernel direct mapping page tables to cover
 196  * mr[0].start to mr[nr_range - 1].end, while accounting for possible 2M and 1GB
 197  * pages. Then find enough contiguous space for those page tables.
 198  */
 199 static void __init find_early_table_space(unsigned long start, unsigned long end)
 200 {
 201         int i;
 202         unsigned long puds = 0, pmds = 0, ptes = 0, tables;
 203         unsigned long good_end;
 204         phys_addr_t base;
 205         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 206         int nr_range;
 207
 208         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 209         nr_range = 0;
 210         nr_range = split_mem_range(mr, nr_range, start, end);
 211
 212         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
 213                 unsigned long range, extra;
 214
 215                 range = mr[i].end - mr[i].start;
 216                 puds += (range + PUD_SIZE - 1) >> PUD_SHIFT;
 217
 218                 if (mr[i].page_size_mask & (1 << PG_LEVEL_1G)) {
 219                         extra = range - ((range >> PUD_SHIFT) << PUD_SHIFT);
 220                         pmds += (extra + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
 221                 } else {
 222                         pmds += (range + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
 223                 }
 224
 225                 if (mr[i].page_size_mask & (1 << PG_LEVEL_2M)) {
 226                         extra = range - ((range >> PMD_SHIFT) << PMD_SHIFT);
 227 #ifdef CONFIG_X86_32
 228                         extra += PMD_SIZE;
 229 #endif
 230                         ptes += (extra + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
 231                 } else {
 232                         ptes += (range + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
 233                 }
 234         }
 235
 236         tables = roundup(puds * sizeof(pud_t), PAGE_SIZE);
 237         tables += roundup(pmds * sizeof(pmd_t), PAGE_SIZE);
 238         tables += roundup(ptes * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);
 239
 240 #ifdef CONFIG_X86_32
 241         /* for fixmap */
 242         tables += roundup(__end_of_fixed_addresses * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);
 243         good_end = max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT;
 244 #endif
 245
 246         base = memblock_find_in_range(start, good_end, tables, PAGE_SIZE);
 247         if (!base)
 248                 panic("Cannot find space for the kernel page tables");
 249
 250         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
 251         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
 252         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
 253
 254         printk(KERN_DEBUG "kernel direct mapping tables up to %#lx @ [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 255                 mr[nr_range - 1].end - 1, pgt_buf_start << PAGE_SHIFT,
 256                 (pgt_buf_top << PAGE_SHIFT) - 1);
 257 }
 258
 259 /*
 260  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 261  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 262  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 263  */
 264 unsigned long __init_refok init_memory_mapping(unsigned long start,
 265                                                unsigned long end)
 266 {
 267         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 268         unsigned long ret = 0;
 269         int nr_range, i;
 270
 271         pr_info("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 272                start, end - 1);
 273
 274         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 275         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
 276
 277         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 278                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 279                                                    mr[i].page_size_mask);
 280
 281 #ifdef CONFIG_X86_32
 282         early_ioremap_page_table_range_init();
 283
 284         load_cr3(swapper_pg_dir);
 285 #endif
 286
 287         __flush_tlb_all();
 288
 289         return ret >> PAGE_SHIFT;
 290 }
 291
 292 void __init init_mem_mapping(void)
 293 {
 294         probe_page_size_mask();
 295
 296         /*
 297          * Find space for the kernel direct mapping tables.
 298          *
 299          * Later we should allocate these tables in the local node of the
 300          * memory mapped. Unfortunately this is done currently before the
 301          * nodes are discovered.
 302          */
 303 #ifdef CONFIG_X86_64
 304         find_early_table_space(0, max_pfn<<PAGE_SHIFT);
 305 #else
 306         find_early_table_space(0, max_low_pfn<<PAGE_SHIFT);
 307 #endif
 308         max_low_pfn_mapped = init_memory_mapping(0, max_low_pfn<<PAGE_SHIFT);
 309         max_pfn_mapped = max_low_pfn_mapped;
 310
 311 #ifdef CONFIG_X86_64
 312         if (max_pfn > max_low_pfn) {
 313                 max_pfn_mapped = init_memory_mapping(1UL<<32,
 314                                                      max_pfn<<PAGE_SHIFT);
 315                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
 316                 max_low_pfn = max_pfn;
 317         }
 318 #endif
 319         /*
 320          * Reserve the kernel pagetable pages we used (pgt_buf_start -
 321          * pgt_buf_end) and free the other ones (pgt_buf_end - pgt_buf_top)
 322          * so that they can be reused for other purposes.
 323          *
 324          * On native it just means calling memblock_reserve, on Xen it also
 325          * means marking RW the pagetable pages that we allocated before
 326          * but that haven't been used.
 327          *
 328          * In fact on xen we mark RO the whole range pgt_buf_start -
 329          * pgt_buf_top, because we have to make sure that when
 330          * init_memory_mapping reaches the pagetable pages area, it maps
 331          * RO all the pagetable pages, including the ones that are beyond
 332          * pgt_buf_end at that time.
 333          */
 334         if (pgt_buf_end > pgt_buf_start)
 335                 x86_init.mapping.pagetable_reserve(PFN_PHYS(pgt_buf_start),
 336                                 PFN_PHYS(pgt_buf_end));
 337
 338         /* stop the wrong using */
 339         pgt_buf_top = 0;
 340
 341         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
 342 }
 343
 344 /*
 345  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 346  * is valid. The argument is a physical page number.
 347  *
 348  *
 349  * On x86, access has to be given to the first megabyte of ram because that area
 350  * contains bios code and data regions used by X and dosemu and similar apps.
 351  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the PCI
 352  * mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 353  */
 354 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 355 {
 356         if (pagenr < 256)
 357                 return 1;
 358         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT))
 359                 return 0;
 360         if (!page_is_ram(pagenr))
 361                 return 1;
 362         return 0;
 363 }
 364
 365 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 366 {
 367         unsigned long addr;
 368         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 369
 370         /* Make sure boundaries are page aligned */
 371         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 372         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 373
 374         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 375                 begin = begin_aligned;
 376                 end   = end_aligned;
 377         }
 378
 379         if (begin >= end)
 380                 return;
 381
 382         addr = begin;
 383
 384         /*
 385          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 386          * mark them not present - any buggy init-section access will
 387          * create a kernel page fault:
 388          */
 389 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
 390         printk(KERN_INFO "debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 391                 begin, end - 1);
 392         set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 393 #else
 394         /*
 395          * We just marked the kernel text read only above, now that
 396          * we are going to free part of that, we need to make that
 397          * writeable and non-executable first.
 398          */
 399         set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 400         set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 401
 402         printk(KERN_INFO "Freeing %s: %luk freed\n", what, (end - begin) >> 10);
 403
 404         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 405                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 406                 init_page_count(virt_to_page(addr));
 407                 memset((void *)addr, POISON_FREE_INITMEM, PAGE_SIZE);
 408                 free_page(addr);
 409                 totalram_pages++;
 410         }
 411 #endif
 412 }
 413
 414 void free_initmem(void)
 415 {
 416         free_init_pages("unused kernel memory",
 417                         (unsigned long)(&__init_begin),
 418                         (unsigned long)(&__init_end));
 419 }
 420
 421 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 422 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 423 {
 424         /*
 425          * end could be not aligned, and We can not align that,
 426          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 427          * We already reserve the end partial page before in
 428          *   - i386_start_kernel()
 429          *   - x86_64_start_kernel()
 430          *   - relocate_initrd()
 431          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 432          */
 433         free_init_pages("initrd memory", start, PAGE_ALIGN(end));
 434 }
 435 #endif
 436
 437 void __init zone_sizes_init(void)
 438 {
 439         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 440
 441         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 442
 443 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 444         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = MAX_DMA_PFN;
 445 #endif
 446 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 447         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = MAX_DMA32_PFN;
 448 #endif
 449         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
 450 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 451         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
 452 #endif
 453
 454         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 455 }
 456