2deaddf3e01f2329c2aded0d083c65e005a115f2
[cascardo/linux.git] / arch / tile / mm / pgtable.c
1 /*
2  * Copyright 2010 Tilera Corporation. All Rights Reserved.
3  *
4  *   This program is free software; you can redistribute it and/or
5  *   modify it under the terms of the GNU General Public License
6  *   as published by the Free Software Foundation, version 2.
7  *
8  *   This program is distributed in the hope that it will be useful, but
9  *   WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
10  *   MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, GOOD TITLE or
11  *   NON INFRINGEMENT.  See the GNU General Public License for
12  *   more details.
13  */
14
15 #include <linux/sched.h>
16 #include <linux/kernel.h>
17 #include <linux/errno.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/slab.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/spinlock.h>
24 #include <linux/cpumask.h>
25 #include <linux/module.h>
26 #include <linux/io.h>
27 #include <linux/vmalloc.h>
28 #include <linux/smp.h>
29
30 #include <asm/pgtable.h>
31 #include <asm/pgalloc.h>
32 #include <asm/fixmap.h>
33 #include <asm/tlb.h>
34 #include <asm/tlbflush.h>
35 #include <asm/homecache.h>
36
37 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
38
39 /*
40  * The normal show_free_areas() is too verbose on Tile, with dozens
41  * of processors and often four NUMA zones each with high and lowmem.
42  */
43 void show_mem(unsigned int filter)
44 {
45         struct zone *zone;
46
47         pr_err("Active:%lu inactive:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu"
48                " free:%lu\n slab:%lu mapped:%lu pagetables:%lu bounce:%lu"
49                " pagecache:%lu swap:%lu\n",
50                (global_page_state(NR_ACTIVE_ANON) +
51                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE)),
52                (global_page_state(NR_INACTIVE_ANON) +
53                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE)),
54                global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
55                global_page_state(NR_WRITEBACK),
56                global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
57                global_page_state(NR_FREE_PAGES),
58                (global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
59                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
60                global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
61                global_page_state(NR_PAGETABLE),
62                global_page_state(NR_BOUNCE),
63                global_page_state(NR_FILE_PAGES),
64                get_nr_swap_pages());
65
66         for_each_zone(zone) {
67                 unsigned long flags, order, total = 0, largest_order = -1;
68
69                 if (!populated_zone(zone))
70                         continue;
71
72                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
73                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
74                         int nr = zone->free_area[order].nr_free;
75                         total += nr << order;
76                         if (nr)
77                                 largest_order = order;
78                 }
79                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
80                 pr_err("Node %d %7s: %lukB (largest %luKb)\n",
81                        zone_to_nid(zone), zone->name,
82                        K(total), largest_order ? K(1UL) << largest_order : 0);
83         }
84 }
85
86 /**
87  * shatter_huge_page() - ensure a given address is mapped by a small page.
88  *
89  * This function converts a huge PTE mapping kernel LOWMEM into a bunch
90  * of small PTEs with the same caching.  No cache flush required, but we
91  * must do a global TLB flush.
92  *
93  * Any caller that wishes to modify a kernel mapping that might
94  * have been made with a huge page should call this function,
95  * since doing so properly avoids race conditions with installing the
96  * newly-shattered page and then flushing all the TLB entries.
97  *
98  * @addr: Address at which to shatter any existing huge page.
99  */
100 void shatter_huge_page(unsigned long addr)
101 {
102         pgd_t *pgd;
103         pud_t *pud;
104         pmd_t *pmd;
105         unsigned long flags = 0;  /* happy compiler */
106 #ifdef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
107         struct list_head *pos;
108 #endif
109
110         /* Get a pointer to the pmd entry that we need to change. */
111         addr &= HPAGE_MASK;
112         BUG_ON(pgd_addr_invalid(addr));
113         BUG_ON(addr < PAGE_OFFSET);  /* only for kernel LOWMEM */
114         pgd = swapper_pg_dir + pgd_index(addr);
115         pud = pud_offset(pgd, addr);
116         BUG_ON(!pud_present(*pud));
117         pmd = pmd_offset(pud, addr);
118         BUG_ON(!pmd_present(*pmd));
119         if (!pmd_huge_page(*pmd))
120                 return;
121
122         spin_lock_irqsave(&init_mm.page_table_lock, flags);
123         if (!pmd_huge_page(*pmd)) {
124                 /* Lost the race to convert the huge page. */
125                 spin_unlock_irqrestore(&init_mm.page_table_lock, flags);
126                 return;
127         }
128
129         /* Shatter the huge page into the preallocated L2 page table. */
130         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd,
131                             get_prealloc_pte(pte_pfn(*(pte_t *)pmd)));
132
133 #ifdef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
134         /* Walk every pgd on the system and update the pmd there. */
135         spin_lock(&pgd_lock);
136         list_for_each(pos, &pgd_list) {
137                 pmd_t *copy_pmd;
138                 pgd = list_to_pgd(pos) + pgd_index(addr);
139                 pud = pud_offset(pgd, addr);
140                 copy_pmd = pmd_offset(pud, addr);
141                 __set_pmd(copy_pmd, *pmd);
142         }
143         spin_unlock(&pgd_lock);
144 #endif
145
146         /* Tell every cpu to notice the change. */
147         flush_remote(0, 0, NULL, addr, HPAGE_SIZE, HPAGE_SIZE,
148                      cpu_possible_mask, NULL, 0);
149
150         /* Hold the lock until the TLB flush is finished to avoid races. */
151         spin_unlock_irqrestore(&init_mm.page_table_lock, flags);
152 }
153
154 /*
155  * List of all pgd's needed so it can invalidate entries in both cached
156  * and uncached pgd's. This is essentially codepath-based locking
157  * against pageattr.c; it is the unique case in which a valid change
158  * of kernel pagetables can't be lazily synchronized by vmalloc faults.
159  * vmalloc faults work because attached pagetables are never freed.
160  *
161  * The lock is always taken with interrupts disabled, unlike on x86
162  * and other platforms, because we need to take the lock in
163  * shatter_huge_page(), which may be called from an interrupt context.
164  * We are not at risk from the tlbflush IPI deadlock that was seen on
165  * x86, since we use the flush_remote() API to have the hypervisor do
166  * the TLB flushes regardless of irq disabling.
167  */
168 DEFINE_SPINLOCK(pgd_lock);
169 LIST_HEAD(pgd_list);
170
171 static inline void pgd_list_add(pgd_t *pgd)
172 {
173         list_add(pgd_to_list(pgd), &pgd_list);
174 }
175
176 static inline void pgd_list_del(pgd_t *pgd)
177 {
178         list_del(pgd_to_list(pgd));
179 }
180
181 #define KERNEL_PGD_INDEX_START pgd_index(PAGE_OFFSET)
182 #define KERNEL_PGD_PTRS (PTRS_PER_PGD - KERNEL_PGD_INDEX_START)
183
184 static void pgd_ctor(pgd_t *pgd)
185 {
186         unsigned long flags;
187
188         memset(pgd, 0, KERNEL_PGD_INDEX_START*sizeof(pgd_t));
189         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
190
191 #ifndef __tilegx__
192         /*
193          * Check that the user interrupt vector has no L2.
194          * It never should for the swapper, and new page tables
195          * should always start with an empty user interrupt vector.
196          */
197         BUG_ON(((u64 *)swapper_pg_dir)[pgd_index(MEM_USER_INTRPT)] != 0);
198 #endif
199
200         memcpy(pgd + KERNEL_PGD_INDEX_START,
201                swapper_pg_dir + KERNEL_PGD_INDEX_START,
202                KERNEL_PGD_PTRS * sizeof(pgd_t));
203
204         pgd_list_add(pgd);
205         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
206 }
207
208 static void pgd_dtor(pgd_t *pgd)
209 {
210         unsigned long flags; /* can be called from interrupt context */
211
212         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
213         pgd_list_del(pgd);
214         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
215 }
216
217 pgd_t *pgd_alloc(struct mm_struct *mm)
218 {
219         pgd_t *pgd = kmem_cache_alloc(pgd_cache, GFP_KERNEL);
220         if (pgd)
221                 pgd_ctor(pgd);
222         return pgd;
223 }
224
225 void pgd_free(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
226 {
227         pgd_dtor(pgd);
228         kmem_cache_free(pgd_cache, pgd);
229 }
230
231
232 #define L2_USER_PGTABLE_PAGES (1 << L2_USER_PGTABLE_ORDER)
233
234 struct page *pgtable_alloc_one(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
235                                int order)
236 {
237         gfp_t flags = GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT|__GFP_ZERO;
238         struct page *p;
239         int i;
240
241         p = alloc_pages(flags, L2_USER_PGTABLE_ORDER);
242         if (p == NULL)
243                 return NULL;
244
245         /*
246          * Make every page have a page_count() of one, not just the first.
247          * We don't use __GFP_COMP since it doesn't look like it works
248          * correctly with tlb_remove_page().
249          */
250         for (i = 1; i < order; ++i) {
251                 init_page_count(p+i);
252                 inc_zone_page_state(p+i, NR_PAGETABLE);
253         }
254
255         pgtable_page_ctor(p);
256         return p;
257 }
258
259 /*
260  * Free page immediately (used in __pte_alloc if we raced with another
261  * process).  We have to correct whatever pte_alloc_one() did before
262  * returning the pages to the allocator.
263  */
264 void pgtable_free(struct mm_struct *mm, struct page *p, int order)
265 {
266         int i;
267
268         pgtable_page_dtor(p);
269         __free_page(p);
270
271         for (i = 1; i < order; ++i) {
272                 __free_page(p+i);
273                 dec_zone_page_state(p+i, NR_PAGETABLE);
274         }
275 }
276
277 void __pgtable_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, struct page *pte,
278                         unsigned long address, int order)
279 {
280         int i;
281
282         pgtable_page_dtor(pte);
283         tlb_remove_page(tlb, pte);
284
285         for (i = 1; i < order; ++i) {
286                 tlb_remove_page(tlb, pte + i);
287                 dec_zone_page_state(pte + i, NR_PAGETABLE);
288         }
289 }
290
291 #ifndef __tilegx__
292
293 /*
294  * FIXME: needs to be atomic vs hypervisor writes.  For now we make the
295  * window of vulnerability a bit smaller by doing an unlocked 8-bit update.
296  */
297 int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
298                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
299 {
300 #if HV_PTE_INDEX_ACCESSED < 8 || HV_PTE_INDEX_ACCESSED >= 16
301 # error Code assumes HV_PTE "accessed" bit in second byte
302 #endif
303         u8 *tmp = (u8 *)ptep;
304         u8 second_byte = tmp[1];
305         if (!(second_byte & (1 << (HV_PTE_INDEX_ACCESSED - 8))))
306                 return 0;
307         tmp[1] = second_byte & ~(1 << (HV_PTE_INDEX_ACCESSED - 8));
308         return 1;
309 }
310
311 /*
312  * This implementation is atomic vs hypervisor writes, since the hypervisor
313  * always writes the low word (where "accessed" and "dirty" are) and this
314  * routine only writes the high word.
315  */
316 void ptep_set_wrprotect(struct mm_struct *mm,
317                         unsigned long addr, pte_t *ptep)
318 {
319 #if HV_PTE_INDEX_WRITABLE < 32
320 # error Code assumes HV_PTE "writable" bit in high word
321 #endif
322         u32 *tmp = (u32 *)ptep;
323         tmp[1] = tmp[1] & ~(1 << (HV_PTE_INDEX_WRITABLE - 32));
324 }
325
326 #endif
327
328 /*
329  * Return a pointer to the PTE that corresponds to the given
330  * address in the given page table.  A NULL page table just uses
331  * the standard kernel page table; the preferred API in this case
332  * is virt_to_kpte().
333  *
334  * The returned pointer can point to a huge page in other levels
335  * of the page table than the bottom, if the huge page is present
336  * in the page table.  For bottom-level PTEs, the returned pointer
337  * can point to a PTE that is either present or not.
338  */
339 pte_t *virt_to_pte(struct mm_struct* mm, unsigned long addr)
340 {
341         pgd_t *pgd;
342         pud_t *pud;
343         pmd_t *pmd;
344
345         if (pgd_addr_invalid(addr))
346                 return NULL;
347
348         pgd = mm ? pgd_offset(mm, addr) : swapper_pg_dir + pgd_index(addr);
349         pud = pud_offset(pgd, addr);
350         if (!pud_present(*pud))
351                 return NULL;
352         if (pud_huge_page(*pud))
353                 return (pte_t *)pud;
354         pmd = pmd_offset(pud, addr);
355         if (!pmd_present(*pmd))
356                 return NULL;
357         if (pmd_huge_page(*pmd))
358                 return (pte_t *)pmd;
359         return pte_offset_kernel(pmd, addr);
360 }
361 EXPORT_SYMBOL(virt_to_pte);
362
363 pte_t *virt_to_kpte(unsigned long kaddr)
364 {
365         BUG_ON(kaddr < PAGE_OFFSET);
366         return virt_to_pte(NULL, kaddr);
367 }
368 EXPORT_SYMBOL(virt_to_kpte);
369
370 pgprot_t set_remote_cache_cpu(pgprot_t prot, int cpu)
371 {
372         unsigned int width = smp_width;
373         int x = cpu % width;
374         int y = cpu / width;
375         BUG_ON(y >= smp_height);
376         BUG_ON(hv_pte_get_mode(prot) != HV_PTE_MODE_CACHE_TILE_L3);
377         BUG_ON(cpu < 0 || cpu >= NR_CPUS);
378         BUG_ON(!cpu_is_valid_lotar(cpu));
379         return hv_pte_set_lotar(prot, HV_XY_TO_LOTAR(x, y));
380 }
381
382 int get_remote_cache_cpu(pgprot_t prot)
383 {
384         HV_LOTAR lotar = hv_pte_get_lotar(prot);
385         int x = HV_LOTAR_X(lotar);
386         int y = HV_LOTAR_Y(lotar);
387         BUG_ON(hv_pte_get_mode(prot) != HV_PTE_MODE_CACHE_TILE_L3);
388         return x + y * smp_width;
389 }
390
391 /*
392  * Convert a kernel VA to a PA and homing information.
393  */
394 int va_to_cpa_and_pte(void *va, unsigned long long *cpa, pte_t *pte)
395 {
396         struct page *page = virt_to_page(va);
397         pte_t null_pte = { 0 };
398
399         *cpa = __pa(va);
400
401         /* Note that this is not writing a page table, just returning a pte. */
402         *pte = pte_set_home(null_pte, page_home(page));
403
404         return 0; /* return non-zero if not hfh? */
405 }
406 EXPORT_SYMBOL(va_to_cpa_and_pte);
407
408 void __set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
409 {
410 #ifdef __tilegx__
411         *ptep = pte;
412 #else
413 # if HV_PTE_INDEX_PRESENT >= 32 || HV_PTE_INDEX_MIGRATING >= 32
414 #  error Must write the present and migrating bits last
415 # endif
416         if (pte_present(pte)) {
417                 ((u32 *)ptep)[1] = (u32)(pte_val(pte) >> 32);
418                 barrier();
419                 ((u32 *)ptep)[0] = (u32)(pte_val(pte));
420         } else {
421                 ((u32 *)ptep)[0] = (u32)(pte_val(pte));
422                 barrier();
423                 ((u32 *)ptep)[1] = (u32)(pte_val(pte) >> 32);
424         }
425 #endif /* __tilegx__ */
426 }
427
428 void set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
429 {
430         if (pte_present(pte) &&
431             (!CHIP_HAS_MMIO() || hv_pte_get_mode(pte) != HV_PTE_MODE_MMIO)) {
432                 /* The PTE actually references physical memory. */
433                 unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
434                 if (pfn_valid(pfn)) {
435                         /* Update the home of the PTE from the struct page. */
436                         pte = pte_set_home(pte, page_home(pfn_to_page(pfn)));
437                 } else if (hv_pte_get_mode(pte) == 0) {
438                         /* remap_pfn_range(), etc, must supply PTE mode. */
439                         panic("set_pte(): out-of-range PFN and mode 0\n");
440                 }
441         }
442
443         __set_pte(ptep, pte);
444 }
445
446 /* Can this mm load a PTE with cached_priority set? */
447 static inline int mm_is_priority_cached(struct mm_struct *mm)
448 {
449         return mm->context.priority_cached != 0;
450 }
451
452 /*
453  * Add a priority mapping to an mm_context and
454  * notify the hypervisor if this is the first one.
455  */
456 void start_mm_caching(struct mm_struct *mm)
457 {
458         if (!mm_is_priority_cached(mm)) {
459                 mm->context.priority_cached = -1UL;
460                 hv_set_caching(-1UL);
461         }
462 }
463
464 /*
465  * Validate and return the priority_cached flag.  We know if it's zero
466  * that we don't need to scan, since we immediately set it non-zero
467  * when we first consider a MAP_CACHE_PRIORITY mapping.
468  *
469  * We only _try_ to acquire the mmap_sem semaphore; if we can't acquire it,
470  * since we're in an interrupt context (servicing switch_mm) we don't
471  * worry about it and don't unset the "priority_cached" field.
472  * Presumably we'll come back later and have more luck and clear
473  * the value then; for now we'll just keep the cache marked for priority.
474  */
475 static unsigned long update_priority_cached(struct mm_struct *mm)
476 {
477         if (mm->context.priority_cached && down_write_trylock(&mm->mmap_sem)) {
478                 struct vm_area_struct *vm;
479                 for (vm = mm->mmap; vm; vm = vm->vm_next) {
480                         if (hv_pte_get_cached_priority(vm->vm_page_prot))
481                                 break;
482                 }
483                 if (vm == NULL)
484                         mm->context.priority_cached = 0;
485                 up_write(&mm->mmap_sem);
486         }
487         return mm->context.priority_cached;
488 }
489
490 /* Set caching correctly for an mm that we are switching to. */
491 void check_mm_caching(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
492 {
493         if (!mm_is_priority_cached(next)) {
494                 /*
495                  * If the new mm doesn't use priority caching, just see if we
496                  * need the hv_set_caching(), or can assume it's already zero.
497                  */
498                 if (mm_is_priority_cached(prev))
499                         hv_set_caching(0);
500         } else {
501                 hv_set_caching(update_priority_cached(next));
502         }
503 }
504
505 #if CHIP_HAS_MMIO()
506
507 /* Map an arbitrary MMIO address, homed according to pgprot, into VA space. */
508 void __iomem *ioremap_prot(resource_size_t phys_addr, unsigned long size,
509                            pgprot_t home)
510 {
511         void *addr;
512         struct vm_struct *area;
513         unsigned long offset, last_addr;
514         pgprot_t pgprot;
515
516         /* Don't allow wraparound or zero size */
517         last_addr = phys_addr + size - 1;
518         if (!size || last_addr < phys_addr)
519                 return NULL;
520
521         /* Create a read/write, MMIO VA mapping homed at the requested shim. */
522         pgprot = PAGE_KERNEL;
523         pgprot = hv_pte_set_mode(pgprot, HV_PTE_MODE_MMIO);
524         pgprot = hv_pte_set_lotar(pgprot, hv_pte_get_lotar(home));
525
526         /*
527          * Mappings have to be page-aligned
528          */
529         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
530         phys_addr &= PAGE_MASK;
531         size = PAGE_ALIGN(last_addr+1) - phys_addr;
532
533         /*
534          * Ok, go for it..
535          */
536         area = get_vm_area(size, VM_IOREMAP /* | other flags? */);
537         if (!area)
538                 return NULL;
539         area->phys_addr = phys_addr;
540         addr = area->addr;
541         if (ioremap_page_range((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size,
542                                phys_addr, pgprot)) {
543                 free_vm_area(area);
544                 return NULL;
545         }
546         return (__force void __iomem *) (offset + (char *)addr);
547 }
548 EXPORT_SYMBOL(ioremap_prot);
549
550 /* Unmap an MMIO VA mapping. */
551 void iounmap(volatile void __iomem *addr_in)
552 {
553         volatile void __iomem *addr = (volatile void __iomem *)
554                 (PAGE_MASK & (unsigned long __force)addr_in);
555 #if 1
556         vunmap((void * __force)addr);
557 #else
558         /* x86 uses this complicated flow instead of vunmap().  Is
559          * there any particular reason we should do the same? */
560         struct vm_struct *p, *o;
561
562         /* Use the vm area unlocked, assuming the caller
563            ensures there isn't another iounmap for the same address
564            in parallel. Reuse of the virtual address is prevented by
565            leaving it in the global lists until we're done with it.
566            cpa takes care of the direct mappings. */
567         p = find_vm_area((void *)addr);
568
569         if (!p) {
570                 pr_err("iounmap: bad address %p\n", addr);
571                 dump_stack();
572                 return;
573         }
574
575         /* Finally remove it */
576         o = remove_vm_area((void *)addr);
577         BUG_ON(p != o || o == NULL);
578         kfree(p);
579 #endif
580 }
581 EXPORT_SYMBOL(iounmap);
582
583 #endif /* CHIP_HAS_MMIO() */