arch/powerpc/mm/hugetlbpage.c

   1 /*
   2  * PPC Huge TLB Page Support for Kernel.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2003 David Gibson, IBM Corporation.
   5  * Copyright (C) 2011 Becky Bruce, Freescale Semiconductor
   6  *
   7  * Based on the IA-32 version:
   8  * Copyright (C) 2002, Rohit Seth <rohit.seth@intel.com>
   9  */
  10
  11 #include <linux/mm.h>
  12 #include <linux/io.h>
  13 #include <linux/slab.h>
  14 #include <linux/hugetlb.h>
  15 #include <linux/export.h>
  16 #include <linux/of_fdt.h>
  17 #include <linux/memblock.h>
  18 #include <linux/bootmem.h>
  19 #include <linux/moduleparam.h>
  20 #include <asm/pgtable.h>
  21 #include <asm/pgalloc.h>
  22 #include <asm/tlb.h>
  23 #include <asm/setup.h>
  24 #include <asm/hugetlb.h>
  25
  26 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
  27
  28 #define PAGE_SHIFT_64K  16
  29 #define PAGE_SHIFT_16M  24
  30 #define PAGE_SHIFT_16G  34
  31
  32 unsigned int HPAGE_SHIFT;
  33
  34 /*
  35  * Tracks gpages after the device tree is scanned and before the
  36  * huge_boot_pages list is ready.  On non-Freescale implementations, this is
  37  * just used to track 16G pages and so is a single array.  FSL-based
  38  * implementations may have more than one gpage size, so we need multiple
  39  * arrays
  40  */
  41 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
  42 #define MAX_NUMBER_GPAGES       128
  43 struct psize_gpages {
  44         u64 gpage_list[MAX_NUMBER_GPAGES];
  45         unsigned int nr_gpages;
  46 };
  47 static struct psize_gpages gpage_freearray[MMU_PAGE_COUNT];
  48 #else
  49 #define MAX_NUMBER_GPAGES       1024
  50 static u64 gpage_freearray[MAX_NUMBER_GPAGES];
  51 static unsigned nr_gpages;
  52 #endif
  53
  54 #define hugepd_none(hpd)        ((hpd).pd == 0)
  55
  56 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
  57 /*
  58  * At this point we do the placement change only for BOOK3S 64. This would
  59  * possibly work on other subarchs.
  60  */
  61
  62 /*
  63  * We have PGD_INDEX_SIZ = 12 and PTE_INDEX_SIZE = 8, so that we can have
  64  * 16GB hugepage pte in PGD and 16MB hugepage pte at PMD;
  65  *
  66  * Defined in such a way that we can optimize away code block at build time
  67  * if CONFIG_HUGETLB_PAGE=n.
  68  */
  69 int pmd_huge(pmd_t pmd)
  70 {
  71         /*
  72          * leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
  73          */
  74         return ((pmd_val(pmd) & 0x3) != 0x0);
  75 }
  76
  77 int pud_huge(pud_t pud)
  78 {
  79         /*
  80          * leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
  81          */
  82         return ((pud_val(pud) & 0x3) != 0x0);
  83 }
  84
  85 int pgd_huge(pgd_t pgd)
  86 {
  87         /*
  88          * leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
  89          */
  90         return ((pgd_val(pgd) & 0x3) != 0x0);
  91 }
  92 #else
  93 int pmd_huge(pmd_t pmd)
  94 {
  95         return 0;
  96 }
  97
  98 int pud_huge(pud_t pud)
  99 {
 100         return 0;
 101 }
 102
 103 int pgd_huge(pgd_t pgd)
 104 {
 105         return 0;
 106 }
 107 #endif
 108
 109 pte_t *huge_pte_offset(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 110 {
 111         /* Only called for hugetlbfs pages, hence can ignore THP */
 112         return find_linux_pte_or_hugepte(mm->pgd, addr, NULL);
 113 }
 114
 115 static int __hugepte_alloc(struct mm_struct *mm, hugepd_t *hpdp,
 116                            unsigned long address, unsigned pdshift, unsigned pshift)
 117 {
 118         struct kmem_cache *cachep;
 119         pte_t *new;
 120
 121 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 122         int i;
 123         int num_hugepd = 1 << (pshift - pdshift);
 124         cachep = hugepte_cache;
 125 #else
 126         cachep = PGT_CACHE(pdshift - pshift);
 127 #endif
 128
 129         new = kmem_cache_zalloc(cachep, GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
 130
 131         BUG_ON(pshift > HUGEPD_SHIFT_MASK);
 132         BUG_ON((unsigned long)new & HUGEPD_SHIFT_MASK);
 133
 134         if (! new)
 135                 return -ENOMEM;
 136
 137         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 138 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 139         /*
 140          * We have multiple higher-level entries that point to the same
 141          * actual pte location.  Fill in each as we go and backtrack on error.
 142          * We need all of these so the DTLB pgtable walk code can find the
 143          * right higher-level entry without knowing if it's a hugepage or not.
 144          */
 145         for (i = 0; i < num_hugepd; i++, hpdp++) {
 146                 if (unlikely(!hugepd_none(*hpdp)))
 147                         break;
 148                 else
 149                         /* We use the old format for PPC_FSL_BOOK3E */
 150                         hpdp->pd = ((unsigned long)new & ~PD_HUGE) | pshift;
 151         }
 152         /* If we bailed from the for loop early, an error occurred, clean up */
 153         if (i < num_hugepd) {
 154                 for (i = i - 1 ; i >= 0; i--, hpdp--)
 155                         hpdp->pd = 0;
 156                 kmem_cache_free(cachep, new);
 157         }
 158 #else
 159         if (!hugepd_none(*hpdp))
 160                 kmem_cache_free(cachep, new);
 161         else {
 162 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 163                 hpdp->pd = (unsigned long)new |
 164                             (shift_to_mmu_psize(pshift) << 2);
 165 #else
 166                 hpdp->pd = ((unsigned long)new & ~PD_HUGE) | pshift;
 167 #endif
 168         }
 169 #endif
 170         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 171         return 0;
 172 }
 173
 174 /*
 175  * These macros define how to determine which level of the page table holds
 176  * the hpdp.
 177  */
 178 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 179 #define HUGEPD_PGD_SHIFT PGDIR_SHIFT
 180 #define HUGEPD_PUD_SHIFT PUD_SHIFT
 181 #else
 182 #define HUGEPD_PGD_SHIFT PUD_SHIFT
 183 #define HUGEPD_PUD_SHIFT PMD_SHIFT
 184 #endif
 185
 186 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 187 /*
 188  * At this point we do the placement change only for BOOK3S 64. This would
 189  * possibly work on other subarchs.
 190  */
 191 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, unsigned long sz)
 192 {
 193         pgd_t *pg;
 194         pud_t *pu;
 195         pmd_t *pm;
 196         hugepd_t *hpdp = NULL;
 197         unsigned pshift = __ffs(sz);
 198         unsigned pdshift = PGDIR_SHIFT;
 199
 200         addr &= ~(sz-1);
 201         pg = pgd_offset(mm, addr);
 202
 203         if (pshift == PGDIR_SHIFT)
 204                 /* 16GB huge page */
 205                 return (pte_t *) pg;
 206         else if (pshift > PUD_SHIFT)
 207                 /*
 208                  * We need to use hugepd table
 209                  */
 210                 hpdp = (hugepd_t *)pg;
 211         else {
 212                 pdshift = PUD_SHIFT;
 213                 pu = pud_alloc(mm, pg, addr);
 214                 if (pshift == PUD_SHIFT)
 215                         return (pte_t *)pu;
 216                 else if (pshift > PMD_SHIFT)
 217                         hpdp = (hugepd_t *)pu;
 218                 else {
 219                         pdshift = PMD_SHIFT;
 220                         pm = pmd_alloc(mm, pu, addr);
 221                         if (pshift == PMD_SHIFT)
 222                                 /* 16MB hugepage */
 223                                 return (pte_t *)pm;
 224                         else
 225                                 hpdp = (hugepd_t *)pm;
 226                 }
 227         }
 228         if (!hpdp)
 229                 return NULL;
 230
 231         BUG_ON(!hugepd_none(*hpdp) && !hugepd_ok(*hpdp));
 232
 233         if (hugepd_none(*hpdp) && __hugepte_alloc(mm, hpdp, addr, pdshift, pshift))
 234                 return NULL;
 235
 236         return hugepte_offset(*hpdp, addr, pdshift);
 237 }
 238
 239 #else
 240
 241 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, unsigned long sz)
 242 {
 243         pgd_t *pg;
 244         pud_t *pu;
 245         pmd_t *pm;
 246         hugepd_t *hpdp = NULL;
 247         unsigned pshift = __ffs(sz);
 248         unsigned pdshift = PGDIR_SHIFT;
 249
 250         addr &= ~(sz-1);
 251
 252         pg = pgd_offset(mm, addr);
 253
 254         if (pshift >= HUGEPD_PGD_SHIFT) {
 255                 hpdp = (hugepd_t *)pg;
 256         } else {
 257                 pdshift = PUD_SHIFT;
 258                 pu = pud_alloc(mm, pg, addr);
 259                 if (pshift >= HUGEPD_PUD_SHIFT) {
 260                         hpdp = (hugepd_t *)pu;
 261                 } else {
 262                         pdshift = PMD_SHIFT;
 263                         pm = pmd_alloc(mm, pu, addr);
 264                         hpdp = (hugepd_t *)pm;
 265                 }
 266         }
 267
 268         if (!hpdp)
 269                 return NULL;
 270
 271         BUG_ON(!hugepd_none(*hpdp) && !hugepd_ok(*hpdp));
 272
 273         if (hugepd_none(*hpdp) && __hugepte_alloc(mm, hpdp, addr, pdshift, pshift))
 274                 return NULL;
 275
 276         return hugepte_offset(*hpdp, addr, pdshift);
 277 }
 278 #endif
 279
 280 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 281 /* Build list of addresses of gigantic pages.  This function is used in early
 282  * boot before the buddy allocator is setup.
 283  */
 284 void add_gpage(u64 addr, u64 page_size, unsigned long number_of_pages)
 285 {
 286         unsigned int idx = shift_to_mmu_psize(__ffs(page_size));
 287         int i;
 288
 289         if (addr == 0)
 290                 return;
 291
 292         gpage_freearray[idx].nr_gpages = number_of_pages;
 293
 294         for (i = 0; i < number_of_pages; i++) {
 295                 gpage_freearray[idx].gpage_list[i] = addr;
 296                 addr += page_size;
 297         }
 298 }
 299
 300 /*
 301  * Moves the gigantic page addresses from the temporary list to the
 302  * huge_boot_pages list.
 303  */
 304 int alloc_bootmem_huge_page(struct hstate *hstate)
 305 {
 306         struct huge_bootmem_page *m;
 307         int idx = shift_to_mmu_psize(huge_page_shift(hstate));
 308         int nr_gpages = gpage_freearray[idx].nr_gpages;
 309
 310         if (nr_gpages == 0)
 311                 return 0;
 312
 313 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 314         /*
 315          * If gpages can be in highmem we can't use the trick of storing the
 316          * data structure in the page; allocate space for this
 317          */
 318         m = memblock_virt_alloc(sizeof(struct huge_bootmem_page), 0);
 319         m->phys = gpage_freearray[idx].gpage_list[--nr_gpages];
 320 #else
 321         m = phys_to_virt(gpage_freearray[idx].gpage_list[--nr_gpages]);
 322 #endif
 323
 324         list_add(&m->list, &huge_boot_pages);
 325         gpage_freearray[idx].nr_gpages = nr_gpages;
 326         gpage_freearray[idx].gpage_list[nr_gpages] = 0;
 327         m->hstate = hstate;
 328
 329         return 1;
 330 }
 331 /*
 332  * Scan the command line hugepagesz= options for gigantic pages; store those in
 333  * a list that we use to allocate the memory once all options are parsed.
 334  */
 335
 336 unsigned long gpage_npages[MMU_PAGE_COUNT];
 337
 338 static int __init do_gpage_early_setup(char *param, char *val,
 339                                        const char *unused)
 340 {
 341         static phys_addr_t size;
 342         unsigned long npages;
 343
 344         /*
 345          * The hugepagesz and hugepages cmdline options are interleaved.  We
 346          * use the size variable to keep track of whether or not this was done
 347          * properly and skip over instances where it is incorrect.  Other
 348          * command-line parsing code will issue warnings, so we don't need to.
 349          *
 350          */
 351         if ((strcmp(param, "default_hugepagesz") == 0) ||
 352             (strcmp(param, "hugepagesz") == 0)) {
 353                 size = memparse(val, NULL);
 354         } else if (strcmp(param, "hugepages") == 0) {
 355                 if (size != 0) {
 356                         if (sscanf(val, "%lu", &npages) <= 0)
 357                                 npages = 0;
 358                         if (npages > MAX_NUMBER_GPAGES) {
 359                                 pr_warn("MMU: %lu pages requested for page "
 360                                         "size %llu KB, limiting to "
 361                                         __stringify(MAX_NUMBER_GPAGES) "\n",
 362                                         npages, size / 1024);
 363                                 npages = MAX_NUMBER_GPAGES;
 364                         }
 365                         gpage_npages[shift_to_mmu_psize(__ffs(size))] = npages;
 366                         size = 0;
 367                 }
 368         }
 369         return 0;
 370 }
 371
 372
 373 /*
 374  * This function allocates physical space for pages that are larger than the
 375  * buddy allocator can handle.  We want to allocate these in highmem because
 376  * the amount of lowmem is limited.  This means that this function MUST be
 377  * called before lowmem_end_addr is set up in MMU_init() in order for the lmb
 378  * allocate to grab highmem.
 379  */
 380 void __init reserve_hugetlb_gpages(void)
 381 {
 382         static __initdata char cmdline[COMMAND_LINE_SIZE];
 383         phys_addr_t size, base;
 384         int i;
 385
 386         strlcpy(cmdline, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);
 387         parse_args("hugetlb gpages", cmdline, NULL, 0, 0, 0,
 388                         &do_gpage_early_setup);
 389
 390         /*
 391          * Walk gpage list in reverse, allocating larger page sizes first.
 392          * Skip over unsupported sizes, or sizes that have 0 gpages allocated.
 393          * When we reach the point in the list where pages are no longer
 394          * considered gpages, we're done.
 395          */
 396         for (i = MMU_PAGE_COUNT-1; i >= 0; i--) {
 397                 if (mmu_psize_defs[i].shift == 0 || gpage_npages[i] == 0)
 398                         continue;
 399                 else if (mmu_psize_to_shift(i) < (MAX_ORDER + PAGE_SHIFT))
 400                         break;
 401
 402                 size = (phys_addr_t)(1ULL << mmu_psize_to_shift(i));
 403                 base = memblock_alloc_base(size * gpage_npages[i], size,
 404                                            MEMBLOCK_ALLOC_ANYWHERE);
 405                 add_gpage(base, size, gpage_npages[i]);
 406         }
 407 }
 408
 409 #else /* !PPC_FSL_BOOK3E */
 410
 411 /* Build list of addresses of gigantic pages.  This function is used in early
 412  * boot before the buddy allocator is setup.
 413  */
 414 void add_gpage(u64 addr, u64 page_size, unsigned long number_of_pages)
 415 {
 416         if (!addr)
 417                 return;
 418         while (number_of_pages > 0) {
 419                 gpage_freearray[nr_gpages] = addr;
 420                 nr_gpages++;
 421                 number_of_pages--;
 422                 addr += page_size;
 423         }
 424 }
 425
 426 /* Moves the gigantic page addresses from the temporary list to the
 427  * huge_boot_pages list.
 428  */
 429 int alloc_bootmem_huge_page(struct hstate *hstate)
 430 {
 431         struct huge_bootmem_page *m;
 432         if (nr_gpages == 0)
 433                 return 0;
 434         m = phys_to_virt(gpage_freearray[--nr_gpages]);
 435         gpage_freearray[nr_gpages] = 0;
 436         list_add(&m->list, &huge_boot_pages);
 437         m->hstate = hstate;
 438         return 1;
 439 }
 440 #endif
 441
 442 int huge_pmd_unshare(struct mm_struct *mm, unsigned long *addr, pte_t *ptep)
 443 {
 444         return 0;
 445 }
 446
 447 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 448 #define HUGEPD_FREELIST_SIZE \
 449         ((PAGE_SIZE - sizeof(struct hugepd_freelist)) / sizeof(pte_t))
 450
 451 struct hugepd_freelist {
 452         struct rcu_head rcu;
 453         unsigned int index;
 454         void *ptes[0];
 455 };
 456
 457 static DEFINE_PER_CPU(struct hugepd_freelist *, hugepd_freelist_cur);
 458
 459 static void hugepd_free_rcu_callback(struct rcu_head *head)
 460 {
 461         struct hugepd_freelist *batch =
 462                 container_of(head, struct hugepd_freelist, rcu);
 463         unsigned int i;
 464
 465         for (i = 0; i < batch->index; i++)
 466                 kmem_cache_free(hugepte_cache, batch->ptes[i]);
 467
 468         free_page((unsigned long)batch);
 469 }
 470
 471 static void hugepd_free(struct mmu_gather *tlb, void *hugepte)
 472 {
 473         struct hugepd_freelist **batchp;
 474
 475         batchp = this_cpu_ptr(&hugepd_freelist_cur);
 476
 477         if (atomic_read(&tlb->mm->mm_users) < 2 ||
 478             cpumask_equal(mm_cpumask(tlb->mm),
 479                           cpumask_of(smp_processor_id()))) {
 480                 kmem_cache_free(hugepte_cache, hugepte);
 481         put_cpu_var(hugepd_freelist_cur);
 482                 return;
 483         }
 484
 485         if (*batchp == NULL) {
 486                 *batchp = (struct hugepd_freelist *)__get_free_page(GFP_ATOMIC);
 487                 (*batchp)->index = 0;
 488         }
 489
 490         (*batchp)->ptes[(*batchp)->index++] = hugepte;
 491         if ((*batchp)->index == HUGEPD_FREELIST_SIZE) {
 492                 call_rcu_sched(&(*batchp)->rcu, hugepd_free_rcu_callback);
 493                 *batchp = NULL;
 494         }
 495         put_cpu_var(hugepd_freelist_cur);
 496 }
 497 #endif
 498
 499 static void free_hugepd_range(struct mmu_gather *tlb, hugepd_t *hpdp, int pdshift,
 500                               unsigned long start, unsigned long end,
 501                               unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 502 {
 503         pte_t *hugepte = hugepd_page(*hpdp);
 504         int i;
 505
 506         unsigned long pdmask = ~((1UL << pdshift) - 1);
 507         unsigned int num_hugepd = 1;
 508
 509 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 510         /* Note: On fsl the hpdp may be the first of several */
 511         num_hugepd = (1 << (hugepd_shift(*hpdp) - pdshift));
 512 #else
 513         unsigned int shift = hugepd_shift(*hpdp);
 514 #endif
 515
 516         start &= pdmask;
 517         if (start < floor)
 518                 return;
 519         if (ceiling) {
 520                 ceiling &= pdmask;
 521                 if (! ceiling)
 522                         return;
 523         }
 524         if (end - 1 > ceiling - 1)
 525                 return;
 526
 527         for (i = 0; i < num_hugepd; i++, hpdp++)
 528                 hpdp->pd = 0;
 529
 530 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 531         hugepd_free(tlb, hugepte);
 532 #else
 533         pgtable_free_tlb(tlb, hugepte, pdshift - shift);
 534 #endif
 535 }
 536
 537 static void hugetlb_free_pmd_range(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud,
 538                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 539                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 540 {
 541         pmd_t *pmd;
 542         unsigned long next;
 543         unsigned long start;
 544
 545         start = addr;
 546         do {
 547                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 548                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 549                 if (!is_hugepd(__hugepd(pmd_val(*pmd)))) {
 550                         /*
 551                          * if it is not hugepd pointer, we should already find
 552                          * it cleared.
 553                          */
 554                         WARN_ON(!pmd_none_or_clear_bad(pmd));
 555                         continue;
 556                 }
 557 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 558                 /*
 559                  * Increment next by the size of the huge mapping since
 560                  * there may be more than one entry at this level for a
 561                  * single hugepage, but all of them point to
 562                  * the same kmem cache that holds the hugepte.
 563                  */
 564                 next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pmd));
 565 #endif
 566                 free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pmd, PMD_SHIFT,
 567                                   addr, next, floor, ceiling);
 568         } while (addr = next, addr != end);
 569
 570         start &= PUD_MASK;
 571         if (start < floor)
 572                 return;
 573         if (ceiling) {
 574                 ceiling &= PUD_MASK;
 575                 if (!ceiling)
 576                         return;
 577         }
 578         if (end - 1 > ceiling - 1)
 579                 return;
 580
 581         pmd = pmd_offset(pud, start);
 582         pud_clear(pud);
 583         pmd_free_tlb(tlb, pmd, start);
 584 }
 585
 586 static void hugetlb_free_pud_range(struct mmu_gather *tlb, pgd_t *pgd,
 587                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 588                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 589 {
 590         pud_t *pud;
 591         unsigned long next;
 592         unsigned long start;
 593
 594         start = addr;
 595         do {
 596                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 597                 next = pud_addr_end(addr, end);
 598                 if (!is_hugepd(__hugepd(pud_val(*pud)))) {
 599                         if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 600                                 continue;
 601                         hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor,
 602                                                ceiling);
 603                 } else {
 604 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 605                         /*
 606                          * Increment next by the size of the huge mapping since
 607                          * there may be more than one entry at this level for a
 608                          * single hugepage, but all of them point to
 609                          * the same kmem cache that holds the hugepte.
 610                          */
 611                         next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pud));
 612 #endif
 613                         free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pud, PUD_SHIFT,
 614                                           addr, next, floor, ceiling);
 615                 }
 616         } while (addr = next, addr != end);
 617
 618         start &= PGDIR_MASK;
 619         if (start < floor)
 620                 return;
 621         if (ceiling) {
 622                 ceiling &= PGDIR_MASK;
 623                 if (!ceiling)
 624                         return;
 625         }
 626         if (end - 1 > ceiling - 1)
 627                 return;
 628
 629         pud = pud_offset(pgd, start);
 630         pgd_clear(pgd);
 631         pud_free_tlb(tlb, pud, start);
 632 }
 633
 634 /*
 635  * This function frees user-level page tables of a process.
 636  */
 637 void hugetlb_free_pgd_range(struct mmu_gather *tlb,
 638                             unsigned long addr, unsigned long end,
 639                             unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 640 {
 641         pgd_t *pgd;
 642         unsigned long next;
 643
 644         /*
 645          * Because there are a number of different possible pagetable
 646          * layouts for hugepage ranges, we limit knowledge of how
 647          * things should be laid out to the allocation path
 648          * (huge_pte_alloc(), above).  Everything else works out the
 649          * structure as it goes from information in the hugepd
 650          * pointers.  That means that we can't here use the
 651          * optimization used in the normal page free_pgd_range(), of
 652          * checking whether we're actually covering a large enough
 653          * range to have to do anything at the top level of the walk
 654          * instead of at the bottom.
 655          *
 656          * To make sense of this, you should probably go read the big
 657          * block comment at the top of the normal free_pgd_range(),
 658          * too.
 659          */
 660
 661         do {
 662                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 663                 pgd = pgd_offset(tlb->mm, addr);
 664                 if (!is_hugepd(__hugepd(pgd_val(*pgd)))) {
 665                         if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 666                                 continue;
 667                         hugetlb_free_pud_range(tlb, pgd, addr, next, floor, ceiling);
 668                 } else {
 669 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 670                         /*
 671                          * Increment next by the size of the huge mapping since
 672                          * there may be more than one entry at the pgd level
 673                          * for a single hugepage, but all of them point to the
 674                          * same kmem cache that holds the hugepte.
 675                          */
 676                         next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pgd));
 677 #endif
 678                         free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pgd, PGDIR_SHIFT,
 679                                           addr, next, floor, ceiling);
 680                 }
 681         } while (addr = next, addr != end);
 682 }
 683
 684 struct page *
 685 follow_huge_addr(struct mm_struct *mm, unsigned long address, int write)
 686 {
 687         pte_t *ptep;
 688         struct page *page;
 689         unsigned shift;
 690         unsigned long mask;
 691         /*
 692          * Transparent hugepages are handled by generic code. We can skip them
 693          * here.
 694          */
 695         ptep = find_linux_pte_or_hugepte(mm->pgd, address, &shift);
 696
 697         /* Verify it is a huge page else bail. */
 698         if (!ptep || !shift || pmd_trans_huge(*(pmd_t *)ptep))
 699                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 700
 701         mask = (1UL << shift) - 1;
 702         page = pte_page(*ptep);
 703         if (page)
 704                 page += (address & mask) / PAGE_SIZE;
 705
 706         return page;
 707 }
 708
 709 struct page *
 710 follow_huge_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 711                 pmd_t *pmd, int write)
 712 {
 713         BUG();
 714         return NULL;
 715 }
 716
 717 struct page *
 718 follow_huge_pud(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 719                 pud_t *pud, int write)
 720 {
 721         BUG();
 722         return NULL;
 723 }
 724
 725 static unsigned long hugepte_addr_end(unsigned long addr, unsigned long end,
 726                                       unsigned long sz)
 727 {
 728         unsigned long __boundary = (addr + sz) & ~(sz-1);
 729         return (__boundary - 1 < end - 1) ? __boundary : end;
 730 }
 731
 732 int gup_huge_pd(hugepd_t hugepd, unsigned long addr, unsigned pdshift,
 733                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
 734 {
 735         pte_t *ptep;
 736         unsigned long sz = 1UL << hugepd_shift(hugepd);
 737         unsigned long next;
 738
 739         ptep = hugepte_offset(hugepd, addr, pdshift);
 740         do {
 741                 next = hugepte_addr_end(addr, end, sz);
 742                 if (!gup_hugepte(ptep, sz, addr, end, write, pages, nr))
 743                         return 0;
 744         } while (ptep++, addr = next, addr != end);
 745
 746         return 1;
 747 }
 748
 749 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
 750 unsigned long hugetlb_get_unmapped_area(struct file *file, unsigned long addr,
 751                                         unsigned long len, unsigned long pgoff,
 752                                         unsigned long flags)
 753 {
 754         struct hstate *hstate = hstate_file(file);
 755         int mmu_psize = shift_to_mmu_psize(huge_page_shift(hstate));
 756
 757         return slice_get_unmapped_area(addr, len, flags, mmu_psize, 1);
 758 }
 759 #endif
 760
 761 unsigned long vma_mmu_pagesize(struct vm_area_struct *vma)
 762 {
 763 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
 764         unsigned int psize = get_slice_psize(vma->vm_mm, vma->vm_start);
 765
 766         return 1UL << mmu_psize_to_shift(psize);
 767 #else
 768         if (!is_vm_hugetlb_page(vma))
 769                 return PAGE_SIZE;
 770
 771         return huge_page_size(hstate_vma(vma));
 772 #endif
 773 }
 774
 775 static inline bool is_power_of_4(unsigned long x)
 776 {
 777         if (is_power_of_2(x))
 778                 return (__ilog2(x) % 2) ? false : true;
 779         return false;
 780 }
 781
 782 static int __init add_huge_page_size(unsigned long long size)
 783 {
 784         int shift = __ffs(size);
 785         int mmu_psize;
 786
 787         /* Check that it is a page size supported by the hardware and
 788          * that it fits within pagetable and slice limits. */
 789 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 790         if ((size < PAGE_SIZE) || !is_power_of_4(size))
 791                 return -EINVAL;
 792 #else
 793         if (!is_power_of_2(size)
 794             || (shift > SLICE_HIGH_SHIFT) || (shift <= PAGE_SHIFT))
 795                 return -EINVAL;
 796 #endif
 797
 798         if ((mmu_psize = shift_to_mmu_psize(shift)) < 0)
 799                 return -EINVAL;
 800
 801 #ifdef CONFIG_SPU_FS_64K_LS
 802         /* Disable support for 64K huge pages when 64K SPU local store
 803          * support is enabled as the current implementation conflicts.
 804          */
 805         if (shift == PAGE_SHIFT_64K)
 806                 return -EINVAL;
 807 #endif /* CONFIG_SPU_FS_64K_LS */
 808
 809         BUG_ON(mmu_psize_defs[mmu_psize].shift != shift);
 810
 811         /* Return if huge page size has already been setup */
 812         if (size_to_hstate(size))
 813                 return 0;
 814
 815         hugetlb_add_hstate(shift - PAGE_SHIFT);
 816
 817         return 0;
 818 }
 819
 820 static int __init hugepage_setup_sz(char *str)
 821 {
 822         unsigned long long size;
 823
 824         size = memparse(str, &str);
 825
 826         if (add_huge_page_size(size) != 0)
 827                 printk(KERN_WARNING "Invalid huge page size specified(%llu)\n", size);
 828
 829         return 1;
 830 }
 831 __setup("hugepagesz=", hugepage_setup_sz);
 832
 833 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 834 struct kmem_cache *hugepte_cache;
 835 static int __init hugetlbpage_init(void)
 836 {
 837         int psize;
 838
 839         for (psize = 0; psize < MMU_PAGE_COUNT; ++psize) {
 840                 unsigned shift;
 841
 842                 if (!mmu_psize_defs[psize].shift)
 843                         continue;
 844
 845                 shift = mmu_psize_to_shift(psize);
 846
 847                 /* Don't treat normal page sizes as huge... */
 848                 if (shift != PAGE_SHIFT)
 849                         if (add_huge_page_size(1ULL << shift) < 0)
 850                                 continue;
 851         }
 852
 853         /*
 854          * Create a kmem cache for hugeptes.  The bottom bits in the pte have
 855          * size information encoded in them, so align them to allow this
 856          */
 857         hugepte_cache =  kmem_cache_create("hugepte-cache", sizeof(pte_t),
 858                                            HUGEPD_SHIFT_MASK + 1, 0, NULL);
 859         if (hugepte_cache == NULL)
 860                 panic("%s: Unable to create kmem cache for hugeptes\n",
 861                       __func__);
 862
 863         /* Default hpage size = 4M */
 864         if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_4M].shift)
 865                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_4M].shift;
 866         else
 867                 panic("%s: Unable to set default huge page size\n", __func__);
 868
 869
 870         return 0;
 871 }
 872 #else
 873 static int __init hugetlbpage_init(void)
 874 {
 875         int psize;
 876
 877         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_16M_PAGE))
 878                 return -ENODEV;
 879
 880         for (psize = 0; psize < MMU_PAGE_COUNT; ++psize) {
 881                 unsigned shift;
 882                 unsigned pdshift;
 883
 884                 if (!mmu_psize_defs[psize].shift)
 885                         continue;
 886
 887                 shift = mmu_psize_to_shift(psize);
 888
 889                 if (add_huge_page_size(1ULL << shift) < 0)
 890                         continue;
 891
 892                 if (shift < PMD_SHIFT)
 893                         pdshift = PMD_SHIFT;
 894                 else if (shift < PUD_SHIFT)
 895                         pdshift = PUD_SHIFT;
 896                 else
 897                         pdshift = PGDIR_SHIFT;
 898                 /*
 899                  * if we have pdshift and shift value same, we don't
 900                  * use pgt cache for hugepd.
 901                  */
 902                 if (pdshift != shift) {
 903                         pgtable_cache_add(pdshift - shift, NULL);
 904                         if (!PGT_CACHE(pdshift - shift))
 905                                 panic("hugetlbpage_init(): could not create "
 906                                       "pgtable cache for %d bit pagesize\n", shift);
 907                 }
 908         }
 909
 910         /* Set default large page size. Currently, we pick 16M or 1M
 911          * depending on what is available
 912          */
 913         if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_16M].shift)
 914                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_16M].shift;
 915         else if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_1M].shift)
 916                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_1M].shift;
 917
 918         return 0;
 919 }
 920 #endif
 921 module_init(hugetlbpage_init);
 922
 923 void flush_dcache_icache_hugepage(struct page *page)
 924 {
 925         int i;
 926         void *start;
 927
 928         BUG_ON(!PageCompound(page));
 929
 930         for (i = 0; i < (1UL << compound_order(page)); i++) {
 931                 if (!PageHighMem(page)) {
 932                         __flush_dcache_icache(page_address(page+i));
 933                 } else {
 934                         start = kmap_atomic(page+i);
 935                         __flush_dcache_icache(start);
 936                         kunmap_atomic(start);
 937                 }
 938         }
 939 }
 940
 941 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 942
 943 /*
 944  * We have 4 cases for pgds and pmds:
 945  * (1) invalid (all zeroes)
 946  * (2) pointer to next table, as normal; bottom 6 bits == 0
 947  * (3) leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
 948  * (4) hugepd pointer, bottom two bits == 00, next 4 bits indicate size of table
 949  *
 950  * So long as we atomically load page table pointers we are safe against teardown,
 951  * we can follow the address down to the the page and take a ref on it.
 952  */
 953
 954 pte_t *find_linux_pte_or_hugepte(pgd_t *pgdir, unsigned long ea, unsigned *shift)
 955 {
 956         pgd_t pgd, *pgdp;
 957         pud_t pud, *pudp;
 958         pmd_t pmd, *pmdp;
 959         pte_t *ret_pte;
 960         hugepd_t *hpdp = NULL;
 961         unsigned pdshift = PGDIR_SHIFT;
 962
 963         if (shift)
 964                 *shift = 0;
 965
 966         pgdp = pgdir + pgd_index(ea);
 967         pgd  = ACCESS_ONCE(*pgdp);
 968         /*
 969          * Always operate on the local stack value. This make sure the
 970          * value don't get updated by a parallel THP split/collapse,
 971          * page fault or a page unmap. The return pte_t * is still not
 972          * stable. So should be checked there for above conditions.
 973          */
 974         if (pgd_none(pgd))
 975                 return NULL;
 976         else if (pgd_huge(pgd)) {
 977                 ret_pte = (pte_t *) pgdp;
 978                 goto out;
 979         } else if (is_hugepd(__hugepd(pgd_val(pgd))))
 980                 hpdp = (hugepd_t *)&pgd;
 981         else {
 982                 /*
 983                  * Even if we end up with an unmap, the pgtable will not
 984                  * be freed, because we do an rcu free and here we are
 985                  * irq disabled
 986                  */
 987                 pdshift = PUD_SHIFT;
 988                 pudp = pud_offset(&pgd, ea);
 989                 pud  = ACCESS_ONCE(*pudp);
 990
 991                 if (pud_none(pud))
 992                         return NULL;
 993                 else if (pud_huge(pud)) {
 994                         ret_pte = (pte_t *) pudp;
 995                         goto out;
 996                 } else if (is_hugepd(__hugepd(pud_val(pud))))
 997                         hpdp = (hugepd_t *)&pud;
 998                 else {
 999                         pdshift = PMD_SHIFT;
1000                         pmdp = pmd_offset(&pud, ea);
1001                         pmd  = ACCESS_ONCE(*pmdp);
1002                         /*
1003                          * A hugepage collapse is captured by pmd_none, because
1004                          * it mark the pmd none and do a hpte invalidate.
1005                          *
1006                          * A hugepage split is captured by pmd_trans_splitting
1007                          * because we mark the pmd trans splitting and do a
1008                          * hpte invalidate
1009                          *
1010                          */
1011                         if (pmd_none(pmd) || pmd_trans_splitting(pmd))
1012                                 return NULL;
1013
1014                         if (pmd_huge(pmd) || pmd_large(pmd)) {
1015                                 ret_pte = (pte_t *) pmdp;
1016                                 goto out;
1017                         } else if (is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmd))))
1018                                 hpdp = (hugepd_t *)&pmd;
1019                         else
1020                                 return pte_offset_kernel(&pmd, ea);
1021                 }
1022         }
1023         if (!hpdp)
1024                 return NULL;
1025
1026         ret_pte = hugepte_offset(*hpdp, ea, pdshift);
1027         pdshift = hugepd_shift(*hpdp);
1028 out:
1029         if (shift)
1030                 *shift = pdshift;
1031         return ret_pte;
1032 }
1033 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_linux_pte_or_hugepte);
1034
1035 int gup_hugepte(pte_t *ptep, unsigned long sz, unsigned long addr,
1036                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
1037 {
1038         unsigned long mask;
1039         unsigned long pte_end;
1040         struct page *head, *page, *tail;
1041         pte_t pte;
1042         int refs;
1043
1044         pte_end = (addr + sz) & ~(sz-1);
1045         if (pte_end < end)
1046                 end = pte_end;
1047
1048         pte = ACCESS_ONCE(*ptep);
1049         mask = _PAGE_PRESENT | _PAGE_USER;
1050         if (write)
1051                 mask |= _PAGE_RW;
1052
1053         if ((pte_val(pte) & mask) != mask)
1054                 return 0;
1055
1056         /* hugepages are never "special" */
1057         VM_BUG_ON(!pfn_valid(pte_pfn(pte)));
1058
1059         refs = 0;
1060         head = pte_page(pte);
1061
1062         page = head + ((addr & (sz-1)) >> PAGE_SHIFT);
1063         tail = page;
1064         do {
1065                 VM_BUG_ON(compound_head(page) != head);
1066                 pages[*nr] = page;
1067                 (*nr)++;
1068                 page++;
1069                 refs++;
1070         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1071
1072         if (!page_cache_add_speculative(head, refs)) {
1073                 *nr -= refs;
1074                 return 0;
1075         }
1076
1077         if (unlikely(pte_val(pte) != pte_val(*ptep))) {
1078                 /* Could be optimized better */
1079                 *nr -= refs;
1080                 while (refs--)
1081                         put_page(head);
1082                 return 0;
1083         }
1084
1085         /*
1086          * Any tail page need their mapcount reference taken before we
1087          * return.
1088          */
1089         while (refs--) {
1090                 if (PageTail(tail))
1091                         get_huge_page_tail(tail);
1092                 tail++;
1093         }
1094
1095         return 1;
1096 }