arch/powerpc/mm/mmu_context_nohash.c

   1 /*
   2  * This file contains the routines for handling the MMU on those
   3  * PowerPC implementations where the MMU is not using the hash
   4  * table, such as 8xx, 4xx, BookE's etc...
   5  *
   6  * Copyright 2008 Ben Herrenschmidt <benh@kernel.crashing.org>
   7  *                IBM Corp.
   8  *
   9  *  Derived from previous arch/powerpc/mm/mmu_context.c
  10  *  and arch/powerpc/include/asm/mmu_context.h
  11  *
  12  *  This program is free software; you can redistribute it and/or
  13  *  modify it under the terms of the GNU General Public License
  14  *  as published by the Free Software Foundation; either version
  15  *  2 of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * TODO:
  18  *
  19  *   - The global context lock will not scale very well
  20  *   - The maps should be dynamically allocated to allow for processors
  21  *     that support more PID bits at runtime
  22  *   - Implement flush_tlb_mm() by making the context stale and picking
  23  *     a new one
  24  *   - More aggressively clear stale map bits and maybe find some way to
  25  *     also clear mm->cpu_vm_mask bits when processes are migrated
  26  */
  27
  28 //#define DEBUG_MAP_CONSISTENCY
  29 //#define DEBUG_CLAMP_LAST_CONTEXT   31
  30 //#define DEBUG_HARDER
  31
  32 /* We don't use DEBUG because it tends to be compiled in always nowadays
  33  * and this would generate way too much output
  34  */
  35 #ifdef DEBUG_HARDER
  36 #define pr_hard(args...)        printk(KERN_DEBUG args)
  37 #define pr_hardcont(args...)    printk(KERN_CONT args)
  38 #else
  39 #define pr_hard(args...)        do { } while(0)
  40 #define pr_hardcont(args...)    do { } while(0)
  41 #endif
  42
  43 #include <linux/kernel.h>
  44 #include <linux/mm.h>
  45 #include <linux/init.h>
  46 #include <linux/spinlock.h>
  47 #include <linux/bootmem.h>
  48 #include <linux/notifier.h>
  49 #include <linux/cpu.h>
  50 #include <linux/slab.h>
  51
  52 #include <asm/mmu_context.h>
  53 #include <asm/tlbflush.h>
  54
  55 static unsigned int first_context, last_context;
  56 static unsigned int next_context, nr_free_contexts;
  57 static unsigned long *context_map;
  58 static unsigned long *stale_map[NR_CPUS];
  59 static struct mm_struct **context_mm;
  60 static DEFINE_RAW_SPINLOCK(context_lock);
  61
  62 #define CTX_MAP_SIZE    \
  63         (sizeof(unsigned long) * (last_context / BITS_PER_LONG + 1))
  64
  65
  66 /* Steal a context from a task that has one at the moment.
  67  *
  68  * This is used when we are running out of available PID numbers
  69  * on the processors.
  70  *
  71  * This isn't an LRU system, it just frees up each context in
  72  * turn (sort-of pseudo-random replacement :).  This would be the
  73  * place to implement an LRU scheme if anyone was motivated to do it.
  74  *  -- paulus
  75  *
  76  * For context stealing, we use a slightly different approach for
  77  * SMP and UP. Basically, the UP one is simpler and doesn't use
  78  * the stale map as we can just flush the local CPU
  79  *  -- benh
  80  */
  81 #ifdef CONFIG_SMP
  82 static unsigned int steal_context_smp(unsigned int id)
  83 {
  84         struct mm_struct *mm;
  85         unsigned int cpu, max, i;
  86
  87         max = last_context - first_context;
  88
  89         /* Attempt to free next_context first and then loop until we manage */
  90         while (max--) {
  91                 /* Pick up the victim mm */
  92                 mm = context_mm[id];
  93
  94                 /* We have a candidate victim, check if it's active, on SMP
  95                  * we cannot steal active contexts
  96                  */
  97                 if (mm->context.active) {
  98                         id++;
  99                         if (id > last_context)
 100                                 id = first_context;
 101                         continue;
 102                 }
 103                 pr_hardcont(" | steal %d from 0x%p", id, mm);
 104
 105                 /* Mark this mm has having no context anymore */
 106                 mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 107
 108                 /* Mark it stale on all CPUs that used this mm. For threaded
 109                  * implementations, we set it on all threads on each core
 110                  * represented in the mask. A future implementation will use
 111                  * a core map instead but this will do for now.
 112                  */
 113                 for_each_cpu(cpu, mm_cpumask(mm)) {
 114                         for (i = cpu_first_thread_sibling(cpu);
 115                              i <= cpu_last_thread_sibling(cpu); i++) {
 116                                 if (stale_map[i])
 117                                         __set_bit(id, stale_map[i]);
 118                         }
 119                         cpu = i - 1;
 120                 }
 121                 return id;
 122         }
 123
 124         /* This will happen if you have more CPUs than available contexts,
 125          * all we can do here is wait a bit and try again
 126          */
 127         raw_spin_unlock(&context_lock);
 128         cpu_relax();
 129         raw_spin_lock(&context_lock);
 130
 131         /* This will cause the caller to try again */
 132         return MMU_NO_CONTEXT;
 133 }
 134 #endif  /* CONFIG_SMP */
 135
 136 /* Note that this will also be called on SMP if all other CPUs are
 137  * offlined, which means that it may be called for cpu != 0. For
 138  * this to work, we somewhat assume that CPUs that are onlined
 139  * come up with a fully clean TLB (or are cleaned when offlined)
 140  */
 141 static unsigned int steal_context_up(unsigned int id)
 142 {
 143         struct mm_struct *mm;
 144         int cpu = smp_processor_id();
 145
 146         /* Pick up the victim mm */
 147         mm = context_mm[id];
 148
 149         pr_hardcont(" | steal %d from 0x%p", id, mm);
 150
 151         /* Flush the TLB for that context */
 152         local_flush_tlb_mm(mm);
 153
 154         /* Mark this mm has having no context anymore */
 155         mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 156
 157         /* XXX This clear should ultimately be part of local_flush_tlb_mm */
 158         __clear_bit(id, stale_map[cpu]);
 159
 160         return id;
 161 }
 162
 163 #ifdef DEBUG_MAP_CONSISTENCY
 164 static void context_check_map(void)
 165 {
 166         unsigned int id, nrf, nact;
 167
 168         nrf = nact = 0;
 169         for (id = first_context; id <= last_context; id++) {
 170                 int used = test_bit(id, context_map);
 171                 if (!used)
 172                         nrf++;
 173                 if (used != (context_mm[id] != NULL))
 174                         pr_err("MMU: Context %d is %s and MM is %p !\n",
 175                                id, used ? "used" : "free", context_mm[id]);
 176                 if (context_mm[id] != NULL)
 177                         nact += context_mm[id]->context.active;
 178         }
 179         if (nrf != nr_free_contexts) {
 180                 pr_err("MMU: Free context count out of sync ! (%d vs %d)\n",
 181                        nr_free_contexts, nrf);
 182                 nr_free_contexts = nrf;
 183         }
 184         if (nact > num_online_cpus())
 185                 pr_err("MMU: More active contexts than CPUs ! (%d vs %d)\n",
 186                        nact, num_online_cpus());
 187         if (first_context > 0 && !test_bit(0, context_map))
 188                 pr_err("MMU: Context 0 has been freed !!!\n");
 189 }
 190 #else
 191 static void context_check_map(void) { }
 192 #endif
 193
 194 void switch_mmu_context(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
 195 {
 196         unsigned int i, id, cpu = smp_processor_id();
 197         unsigned long *map;
 198
 199         /* No lockless fast path .. yet */
 200         raw_spin_lock(&context_lock);
 201
 202         pr_hard("[%d] activating context for mm @%p, active=%d, id=%d",
 203                 cpu, next, next->context.active, next->context.id);
 204
 205 #ifdef CONFIG_SMP
 206         /* Mark us active and the previous one not anymore */
 207         next->context.active++;
 208         if (prev) {
 209                 pr_hardcont(" (old=0x%p a=%d)", prev, prev->context.active);
 210                 WARN_ON(prev->context.active < 1);
 211                 prev->context.active--;
 212         }
 213
 214  again:
 215 #endif /* CONFIG_SMP */
 216
 217         /* If we already have a valid assigned context, skip all that */
 218         id = next->context.id;
 219         if (likely(id != MMU_NO_CONTEXT)) {
 220 #ifdef DEBUG_MAP_CONSISTENCY
 221                 if (context_mm[id] != next)
 222                         pr_err("MMU: mm 0x%p has id %d but context_mm[%d] says 0x%p\n",
 223                                next, id, id, context_mm[id]);
 224 #endif
 225                 goto ctxt_ok;
 226         }
 227
 228         /* We really don't have a context, let's try to acquire one */
 229         id = next_context;
 230         if (id > last_context)
 231                 id = first_context;
 232         map = context_map;
 233
 234         /* No more free contexts, let's try to steal one */
 235         if (nr_free_contexts == 0) {
 236 #ifdef CONFIG_SMP
 237                 if (num_online_cpus() > 1) {
 238                         id = steal_context_smp(id);
 239                         if (id == MMU_NO_CONTEXT)
 240                                 goto again;
 241                         goto stolen;
 242                 }
 243 #endif /* CONFIG_SMP */
 244                 id = steal_context_up(id);
 245                 goto stolen;
 246         }
 247         nr_free_contexts--;
 248
 249         /* We know there's at least one free context, try to find it */
 250         while (__test_and_set_bit(id, map)) {
 251                 id = find_next_zero_bit(map, last_context+1, id);
 252                 if (id > last_context)
 253                         id = first_context;
 254         }
 255  stolen:
 256         next_context = id + 1;
 257         context_mm[id] = next;
 258         next->context.id = id;
 259         pr_hardcont(" | new id=%d,nrf=%d", id, nr_free_contexts);
 260
 261         context_check_map();
 262  ctxt_ok:
 263
 264         /* If that context got marked stale on this CPU, then flush the
 265          * local TLB for it and unmark it before we use it
 266          */
 267         if (test_bit(id, stale_map[cpu])) {
 268                 pr_hardcont(" | stale flush %d [%d..%d]",
 269                             id, cpu_first_thread_sibling(cpu),
 270                             cpu_last_thread_sibling(cpu));
 271
 272                 local_flush_tlb_mm(next);
 273
 274                 /* XXX This clear should ultimately be part of local_flush_tlb_mm */
 275                 for (i = cpu_first_thread_sibling(cpu);
 276                      i <= cpu_last_thread_sibling(cpu); i++) {
 277                         if (stale_map[i])
 278                                 __clear_bit(id, stale_map[i]);
 279                 }
 280         }
 281
 282         /* Flick the MMU and release lock */
 283         pr_hardcont(" -> %d\n", id);
 284         set_context(id, next->pgd);
 285         raw_spin_unlock(&context_lock);
 286 }
 287
 288 /*
 289  * Set up the context for a new address space.
 290  */
 291 int init_new_context(struct task_struct *t, struct mm_struct *mm)
 292 {
 293         pr_hard("initing context for mm @%p\n", mm);
 294
 295         mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 296         mm->context.active = 0;
 297
 298 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
 299         if (slice_mm_new_context(mm))
 300                 slice_set_user_psize(mm, mmu_virtual_psize);
 301 #endif
 302
 303         return 0;
 304 }
 305
 306 /*
 307  * We're finished using the context for an address space.
 308  */
 309 void destroy_context(struct mm_struct *mm)
 310 {
 311         unsigned long flags;
 312         unsigned int id;
 313
 314         if (mm->context.id == MMU_NO_CONTEXT)
 315                 return;
 316
 317         WARN_ON(mm->context.active != 0);
 318
 319         raw_spin_lock_irqsave(&context_lock, flags);
 320         id = mm->context.id;
 321         if (id != MMU_NO_CONTEXT) {
 322                 __clear_bit(id, context_map);
 323                 mm->context.id = MMU_NO_CONTEXT;
 324 #ifdef DEBUG_MAP_CONSISTENCY
 325                 mm->context.active = 0;
 326 #endif
 327                 context_mm[id] = NULL;
 328                 nr_free_contexts++;
 329         }
 330         raw_spin_unlock_irqrestore(&context_lock, flags);
 331 }
 332
 333 #ifdef CONFIG_SMP
 334
 335 static int mmu_context_cpu_notify(struct notifier_block *self,
 336                                   unsigned long action, void *hcpu)
 337 {
 338         unsigned int cpu = (unsigned int)(long)hcpu;
 339
 340         /* We don't touch CPU 0 map, it's allocated at aboot and kept
 341          * around forever
 342          */
 343         if (cpu == boot_cpuid)
 344                 return NOTIFY_OK;
 345
 346         switch (action) {
 347         case CPU_UP_PREPARE:
 348         case CPU_UP_PREPARE_FROZEN:
 349                 pr_devel("MMU: Allocating stale context map for CPU %d\n", cpu);
 350                 stale_map[cpu] = kzalloc(CTX_MAP_SIZE, GFP_KERNEL);
 351                 break;
 352 #ifdef CONFIG_HOTPLUG_CPU
 353         case CPU_UP_CANCELED:
 354         case CPU_UP_CANCELED_FROZEN:
 355         case CPU_DEAD:
 356         case CPU_DEAD_FROZEN:
 357                 pr_devel("MMU: Freeing stale context map for CPU %d\n", cpu);
 358                 kfree(stale_map[cpu]);
 359                 stale_map[cpu] = NULL;
 360
 361                 /* We also clear the cpu_vm_mask bits of CPUs going away */
 362                 clear_tasks_mm_cpumask(cpu);
 363         break;
 364 #endif /* CONFIG_HOTPLUG_CPU */
 365         }
 366         return NOTIFY_OK;
 367 }
 368
 369 static struct notifier_block mmu_context_cpu_nb = {
 370         .notifier_call  = mmu_context_cpu_notify,
 371 };
 372
 373 #endif /* CONFIG_SMP */
 374
 375 /*
 376  * Initialize the context management stuff.
 377  */
 378 void __init mmu_context_init(void)
 379 {
 380         /* Mark init_mm as being active on all possible CPUs since
 381          * we'll get called with prev == init_mm the first time
 382          * we schedule on a given CPU
 383          */
 384         init_mm.context.active = NR_CPUS;
 385
 386         /*
 387          *   The MPC8xx has only 16 contexts.  We rotate through them on each
 388          * task switch.  A better way would be to keep track of tasks that
 389          * own contexts, and implement an LRU usage.  That way very active
 390          * tasks don't always have to pay the TLB reload overhead.  The
 391          * kernel pages are mapped shared, so the kernel can run on behalf
 392          * of any task that makes a kernel entry.  Shared does not mean they
 393          * are not protected, just that the ASID comparison is not performed.
 394          *      -- Dan
 395          *
 396          * The IBM4xx has 256 contexts, so we can just rotate through these
 397          * as a way of "switching" contexts.  If the TID of the TLB is zero,
 398          * the PID/TID comparison is disabled, so we can use a TID of zero
 399          * to represent all kernel pages as shared among all contexts.
 400          *      -- Dan
 401          *
 402          * The IBM 47x core supports 16-bit PIDs, thus 65535 contexts. We
 403          * should normally never have to steal though the facility is
 404          * present if needed.
 405          *      -- BenH
 406          */
 407         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_TYPE_8xx)) {
 408                 first_context = 0;
 409                 last_context = 15;
 410         } else if (mmu_has_feature(MMU_FTR_TYPE_47x)) {
 411                 first_context = 1;
 412                 last_context = 65535;
 413         } else {
 414                 first_context = 1;
 415                 last_context = 255;
 416         }
 417
 418 #ifdef DEBUG_CLAMP_LAST_CONTEXT
 419         last_context = DEBUG_CLAMP_LAST_CONTEXT;
 420 #endif
 421         /*
 422          * Allocate the maps used by context management
 423          */
 424         context_map = memblock_virt_alloc(CTX_MAP_SIZE, 0);
 425         context_mm = memblock_virt_alloc(sizeof(void *) * (last_context + 1), 0);
 426 #ifndef CONFIG_SMP
 427         stale_map[0] = memblock_virt_alloc(CTX_MAP_SIZE, 0);
 428 #else
 429         stale_map[boot_cpuid] = memblock_virt_alloc(CTX_MAP_SIZE, 0);
 430
 431         register_cpu_notifier(&mmu_context_cpu_nb);
 432 #endif
 433
 434         printk(KERN_INFO
 435                "MMU: Allocated %zu bytes of context maps for %d contexts\n",
 436                2 * CTX_MAP_SIZE + (sizeof(void *) * (last_context + 1)),
 437                last_context - first_context + 1);
 438
 439         /*
 440          * Some processors have too few contexts to reserve one for
 441          * init_mm, and require using context 0 for a normal task.
 442          * Other processors reserve the use of context zero for the kernel.
 443          * This code assumes first_context < 32.
 444          */
 445         context_map[0] = (1 << first_context) - 1;
 446         next_context = first_context;
 447         nr_free_contexts = last_context - first_context + 1;
 448 }
 449