Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/sage/ceph...
[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  * Associate a virtual page frame with a given physical page frame
88  * and protection flags for that frame.
89  */
90 static void set_pte_pfn(unsigned long vaddr, unsigned long pfn, pgprot_t flags)
91 {
92         pgd_t *pgd;
93         pud_t *pud;
94         pmd_t *pmd;
95         pte_t *pte;
96
97         pgd = swapper_pg_dir + pgd_index(vaddr);
98         if (pgd_none(*pgd)) {
99                 BUG();
100                 return;
101         }
102         pud = pud_offset(pgd, vaddr);
103         if (pud_none(*pud)) {
104                 BUG();
105                 return;
106         }
107         pmd = pmd_offset(pud, vaddr);
108         if (pmd_none(*pmd)) {
109                 BUG();
110                 return;
111         }
112         pte = pte_offset_kernel(pmd, vaddr);
113         /* <pfn,flags> stored as-is, to permit clearing entries */
114         set_pte(pte, pfn_pte(pfn, flags));
115
116         /*
117          * It's enough to flush this one mapping.
118          * This appears conservative since it is only called
119          * from __set_fixmap.
120          */
121         local_flush_tlb_page(NULL, vaddr, PAGE_SIZE);
122 }
123
124 void __set_fixmap(enum fixed_addresses idx, unsigned long phys, pgprot_t flags)
125 {
126         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
127
128         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
129                 BUG();
130                 return;
131         }
132         set_pte_pfn(address, phys >> PAGE_SHIFT, flags);
133 }
134
135 /**
136  * shatter_huge_page() - ensure a given address is mapped by a small page.
137  *
138  * This function converts a huge PTE mapping kernel LOWMEM into a bunch
139  * of small PTEs with the same caching.  No cache flush required, but we
140  * must do a global TLB flush.
141  *
142  * Any caller that wishes to modify a kernel mapping that might
143  * have been made with a huge page should call this function,
144  * since doing so properly avoids race conditions with installing the
145  * newly-shattered page and then flushing all the TLB entries.
146  *
147  * @addr: Address at which to shatter any existing huge page.
148  */
149 void shatter_huge_page(unsigned long addr)
150 {
151         pgd_t *pgd;
152         pud_t *pud;
153         pmd_t *pmd;
154         unsigned long flags = 0;  /* happy compiler */
155 #ifdef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
156         struct list_head *pos;
157 #endif
158
159         /* Get a pointer to the pmd entry that we need to change. */
160         addr &= HPAGE_MASK;
161         BUG_ON(pgd_addr_invalid(addr));
162         BUG_ON(addr < PAGE_OFFSET);  /* only for kernel LOWMEM */
163         pgd = swapper_pg_dir + pgd_index(addr);
164         pud = pud_offset(pgd, addr);
165         BUG_ON(!pud_present(*pud));
166         pmd = pmd_offset(pud, addr);
167         BUG_ON(!pmd_present(*pmd));
168         if (!pmd_huge_page(*pmd))
169                 return;
170
171         spin_lock_irqsave(&init_mm.page_table_lock, flags);
172         if (!pmd_huge_page(*pmd)) {
173                 /* Lost the race to convert the huge page. */
174                 spin_unlock_irqrestore(&init_mm.page_table_lock, flags);
175                 return;
176         }
177
178         /* Shatter the huge page into the preallocated L2 page table. */
179         pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd,
180                             get_prealloc_pte(pte_pfn(*(pte_t *)pmd)));
181
182 #ifdef __PAGETABLE_PMD_FOLDED
183         /* Walk every pgd on the system and update the pmd there. */
184         spin_lock(&pgd_lock);
185         list_for_each(pos, &pgd_list) {
186                 pmd_t *copy_pmd;
187                 pgd = list_to_pgd(pos) + pgd_index(addr);
188                 pud = pud_offset(pgd, addr);
189                 copy_pmd = pmd_offset(pud, addr);
190                 __set_pmd(copy_pmd, *pmd);
191         }
192         spin_unlock(&pgd_lock);
193 #endif
194
195         /* Tell every cpu to notice the change. */
196         flush_remote(0, 0, NULL, addr, HPAGE_SIZE, HPAGE_SIZE,
197                      cpu_possible_mask, NULL, 0);
198
199         /* Hold the lock until the TLB flush is finished to avoid races. */
200         spin_unlock_irqrestore(&init_mm.page_table_lock, flags);
201 }
202
203 /*
204  * List of all pgd's needed so it can invalidate entries in both cached
205  * and uncached pgd's. This is essentially codepath-based locking
206  * against pageattr.c; it is the unique case in which a valid change
207  * of kernel pagetables can't be lazily synchronized by vmalloc faults.
208  * vmalloc faults work because attached pagetables are never freed.
209  *
210  * The lock is always taken with interrupts disabled, unlike on x86
211  * and other platforms, because we need to take the lock in
212  * shatter_huge_page(), which may be called from an interrupt context.
213  * We are not at risk from the tlbflush IPI deadlock that was seen on
214  * x86, since we use the flush_remote() API to have the hypervisor do
215  * the TLB flushes regardless of irq disabling.
216  */
217 DEFINE_SPINLOCK(pgd_lock);
218 LIST_HEAD(pgd_list);
219
220 static inline void pgd_list_add(pgd_t *pgd)
221 {
222         list_add(pgd_to_list(pgd), &pgd_list);
223 }
224
225 static inline void pgd_list_del(pgd_t *pgd)
226 {
227         list_del(pgd_to_list(pgd));
228 }
229
230 #define KERNEL_PGD_INDEX_START pgd_index(PAGE_OFFSET)
231 #define KERNEL_PGD_PTRS (PTRS_PER_PGD - KERNEL_PGD_INDEX_START)
232
233 static void pgd_ctor(pgd_t *pgd)
234 {
235         unsigned long flags;
236
237         memset(pgd, 0, KERNEL_PGD_INDEX_START*sizeof(pgd_t));
238         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
239
240 #ifndef __tilegx__
241         /*
242          * Check that the user interrupt vector has no L2.
243          * It never should for the swapper, and new page tables
244          * should always start with an empty user interrupt vector.
245          */
246         BUG_ON(((u64 *)swapper_pg_dir)[pgd_index(MEM_USER_INTRPT)] != 0);
247 #endif
248
249         memcpy(pgd + KERNEL_PGD_INDEX_START,
250                swapper_pg_dir + KERNEL_PGD_INDEX_START,
251                KERNEL_PGD_PTRS * sizeof(pgd_t));
252
253         pgd_list_add(pgd);
254         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
255 }
256
257 static void pgd_dtor(pgd_t *pgd)
258 {
259         unsigned long flags; /* can be called from interrupt context */
260
261         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
262         pgd_list_del(pgd);
263         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
264 }
265
266 pgd_t *pgd_alloc(struct mm_struct *mm)
267 {
268         pgd_t *pgd = kmem_cache_alloc(pgd_cache, GFP_KERNEL);
269         if (pgd)
270                 pgd_ctor(pgd);
271         return pgd;
272 }
273
274 void pgd_free(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
275 {
276         pgd_dtor(pgd);
277         kmem_cache_free(pgd_cache, pgd);
278 }
279
280
281 #define L2_USER_PGTABLE_PAGES (1 << L2_USER_PGTABLE_ORDER)
282
283 struct page *pgtable_alloc_one(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
284                                int order)
285 {
286         gfp_t flags = GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT|__GFP_ZERO;
287         struct page *p;
288         int i;
289
290         p = alloc_pages(flags, L2_USER_PGTABLE_ORDER);
291         if (p == NULL)
292                 return NULL;
293
294         /*
295          * Make every page have a page_count() of one, not just the first.
296          * We don't use __GFP_COMP since it doesn't look like it works
297          * correctly with tlb_remove_page().
298          */
299         for (i = 1; i < order; ++i) {
300                 init_page_count(p+i);
301                 inc_zone_page_state(p+i, NR_PAGETABLE);
302         }
303
304         pgtable_page_ctor(p);
305         return p;
306 }
307
308 /*
309  * Free page immediately (used in __pte_alloc if we raced with another
310  * process).  We have to correct whatever pte_alloc_one() did before
311  * returning the pages to the allocator.
312  */
313 void pgtable_free(struct mm_struct *mm, struct page *p, int order)
314 {
315         int i;
316
317         pgtable_page_dtor(p);
318         __free_page(p);
319
320         for (i = 1; i < order; ++i) {
321                 __free_page(p+i);
322                 dec_zone_page_state(p+i, NR_PAGETABLE);
323         }
324 }
325
326 void __pgtable_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, struct page *pte,
327                         unsigned long address, int order)
328 {
329         int i;
330
331         pgtable_page_dtor(pte);
332         tlb_remove_page(tlb, pte);
333
334         for (i = 1; i < order; ++i) {
335                 tlb_remove_page(tlb, pte + i);
336                 dec_zone_page_state(pte + i, NR_PAGETABLE);
337         }
338 }
339
340 #ifndef __tilegx__
341
342 /*
343  * FIXME: needs to be atomic vs hypervisor writes.  For now we make the
344  * window of vulnerability a bit smaller by doing an unlocked 8-bit update.
345  */
346 int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
347                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
348 {
349 #if HV_PTE_INDEX_ACCESSED < 8 || HV_PTE_INDEX_ACCESSED >= 16
350 # error Code assumes HV_PTE "accessed" bit in second byte
351 #endif
352         u8 *tmp = (u8 *)ptep;
353         u8 second_byte = tmp[1];
354         if (!(second_byte & (1 << (HV_PTE_INDEX_ACCESSED - 8))))
355                 return 0;
356         tmp[1] = second_byte & ~(1 << (HV_PTE_INDEX_ACCESSED - 8));
357         return 1;
358 }
359
360 /*
361  * This implementation is atomic vs hypervisor writes, since the hypervisor
362  * always writes the low word (where "accessed" and "dirty" are) and this
363  * routine only writes the high word.
364  */
365 void ptep_set_wrprotect(struct mm_struct *mm,
366                         unsigned long addr, pte_t *ptep)
367 {
368 #if HV_PTE_INDEX_WRITABLE < 32
369 # error Code assumes HV_PTE "writable" bit in high word
370 #endif
371         u32 *tmp = (u32 *)ptep;
372         tmp[1] = tmp[1] & ~(1 << (HV_PTE_INDEX_WRITABLE - 32));
373 }
374
375 #endif
376
377 pte_t *virt_to_pte(struct mm_struct* mm, unsigned long addr)
378 {
379         pgd_t *pgd;
380         pud_t *pud;
381         pmd_t *pmd;
382
383         if (pgd_addr_invalid(addr))
384                 return NULL;
385
386         pgd = mm ? pgd_offset(mm, addr) : swapper_pg_dir + pgd_index(addr);
387         pud = pud_offset(pgd, addr);
388         if (!pud_present(*pud))
389                 return NULL;
390         pmd = pmd_offset(pud, addr);
391         if (pmd_huge_page(*pmd))
392                 return (pte_t *)pmd;
393         if (!pmd_present(*pmd))
394                 return NULL;
395         return pte_offset_kernel(pmd, addr);
396 }
397
398 pgprot_t set_remote_cache_cpu(pgprot_t prot, int cpu)
399 {
400         unsigned int width = smp_width;
401         int x = cpu % width;
402         int y = cpu / width;
403         BUG_ON(y >= smp_height);
404         BUG_ON(hv_pte_get_mode(prot) != HV_PTE_MODE_CACHE_TILE_L3);
405         BUG_ON(cpu < 0 || cpu >= NR_CPUS);
406         BUG_ON(!cpu_is_valid_lotar(cpu));
407         return hv_pte_set_lotar(prot, HV_XY_TO_LOTAR(x, y));
408 }
409
410 int get_remote_cache_cpu(pgprot_t prot)
411 {
412         HV_LOTAR lotar = hv_pte_get_lotar(prot);
413         int x = HV_LOTAR_X(lotar);
414         int y = HV_LOTAR_Y(lotar);
415         BUG_ON(hv_pte_get_mode(prot) != HV_PTE_MODE_CACHE_TILE_L3);
416         return x + y * smp_width;
417 }
418
419 /*
420  * Convert a kernel VA to a PA and homing information.
421  */
422 int va_to_cpa_and_pte(void *va, unsigned long long *cpa, pte_t *pte)
423 {
424         struct page *page = virt_to_page(va);
425         pte_t null_pte = { 0 };
426
427         *cpa = __pa(va);
428
429         /* Note that this is not writing a page table, just returning a pte. */
430         *pte = pte_set_home(null_pte, page_home(page));
431
432         return 0; /* return non-zero if not hfh? */
433 }
434 EXPORT_SYMBOL(va_to_cpa_and_pte);
435
436 void __set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
437 {
438 #ifdef __tilegx__
439         *ptep = pte;
440 #else
441 # if HV_PTE_INDEX_PRESENT >= 32 || HV_PTE_INDEX_MIGRATING >= 32
442 #  error Must write the present and migrating bits last
443 # endif
444         if (pte_present(pte)) {
445                 ((u32 *)ptep)[1] = (u32)(pte_val(pte) >> 32);
446                 barrier();
447                 ((u32 *)ptep)[0] = (u32)(pte_val(pte));
448         } else {
449                 ((u32 *)ptep)[0] = (u32)(pte_val(pte));
450                 barrier();
451                 ((u32 *)ptep)[1] = (u32)(pte_val(pte) >> 32);
452         }
453 #endif /* __tilegx__ */
454 }
455
456 void set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
457 {
458         if (pte_present(pte) &&
459             (!CHIP_HAS_MMIO() || hv_pte_get_mode(pte) != HV_PTE_MODE_MMIO)) {
460                 /* The PTE actually references physical memory. */
461                 unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
462                 if (pfn_valid(pfn)) {
463                         /* Update the home of the PTE from the struct page. */
464                         pte = pte_set_home(pte, page_home(pfn_to_page(pfn)));
465                 } else if (hv_pte_get_mode(pte) == 0) {
466                         /* remap_pfn_range(), etc, must supply PTE mode. */
467                         panic("set_pte(): out-of-range PFN and mode 0\n");
468                 }
469         }
470
471         __set_pte(ptep, pte);
472 }
473
474 /* Can this mm load a PTE with cached_priority set? */
475 static inline int mm_is_priority_cached(struct mm_struct *mm)
476 {
477         return mm->context.priority_cached != 0;
478 }
479
480 /*
481  * Add a priority mapping to an mm_context and
482  * notify the hypervisor if this is the first one.
483  */
484 void start_mm_caching(struct mm_struct *mm)
485 {
486         if (!mm_is_priority_cached(mm)) {
487                 mm->context.priority_cached = -1UL;
488                 hv_set_caching(-1UL);
489         }
490 }
491
492 /*
493  * Validate and return the priority_cached flag.  We know if it's zero
494  * that we don't need to scan, since we immediately set it non-zero
495  * when we first consider a MAP_CACHE_PRIORITY mapping.
496  *
497  * We only _try_ to acquire the mmap_sem semaphore; if we can't acquire it,
498  * since we're in an interrupt context (servicing switch_mm) we don't
499  * worry about it and don't unset the "priority_cached" field.
500  * Presumably we'll come back later and have more luck and clear
501  * the value then; for now we'll just keep the cache marked for priority.
502  */
503 static unsigned long update_priority_cached(struct mm_struct *mm)
504 {
505         if (mm->context.priority_cached && down_write_trylock(&mm->mmap_sem)) {
506                 struct vm_area_struct *vm;
507                 for (vm = mm->mmap; vm; vm = vm->vm_next) {
508                         if (hv_pte_get_cached_priority(vm->vm_page_prot))
509                                 break;
510                 }
511                 if (vm == NULL)
512                         mm->context.priority_cached = 0;
513                 up_write(&mm->mmap_sem);
514         }
515         return mm->context.priority_cached;
516 }
517
518 /* Set caching correctly for an mm that we are switching to. */
519 void check_mm_caching(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
520 {
521         if (!mm_is_priority_cached(next)) {
522                 /*
523                  * If the new mm doesn't use priority caching, just see if we
524                  * need the hv_set_caching(), or can assume it's already zero.
525                  */
526                 if (mm_is_priority_cached(prev))
527                         hv_set_caching(0);
528         } else {
529                 hv_set_caching(update_priority_cached(next));
530         }
531 }
532
533 #if CHIP_HAS_MMIO()
534
535 /* Map an arbitrary MMIO address, homed according to pgprot, into VA space. */
536 void __iomem *ioremap_prot(resource_size_t phys_addr, unsigned long size,
537                            pgprot_t home)
538 {
539         void *addr;
540         struct vm_struct *area;
541         unsigned long offset, last_addr;
542         pgprot_t pgprot;
543
544         /* Don't allow wraparound or zero size */
545         last_addr = phys_addr + size - 1;
546         if (!size || last_addr < phys_addr)
547                 return NULL;
548
549         /* Create a read/write, MMIO VA mapping homed at the requested shim. */
550         pgprot = PAGE_KERNEL;
551         pgprot = hv_pte_set_mode(pgprot, HV_PTE_MODE_MMIO);
552         pgprot = hv_pte_set_lotar(pgprot, hv_pte_get_lotar(home));
553
554         /*
555          * Mappings have to be page-aligned
556          */
557         offset = phys_addr & ~PAGE_MASK;
558         phys_addr &= PAGE_MASK;
559         size = PAGE_ALIGN(last_addr+1) - phys_addr;
560
561         /*
562          * Ok, go for it..
563          */
564         area = get_vm_area(size, VM_IOREMAP /* | other flags? */);
565         if (!area)
566                 return NULL;
567         area->phys_addr = phys_addr;
568         addr = area->addr;
569         if (ioremap_page_range((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size,
570                                phys_addr, pgprot)) {
571                 remove_vm_area((void *)(PAGE_MASK & (unsigned long) addr));
572                 return NULL;
573         }
574         return (__force void __iomem *) (offset + (char *)addr);
575 }
576 EXPORT_SYMBOL(ioremap_prot);
577
578 /* Unmap an MMIO VA mapping. */
579 void iounmap(volatile void __iomem *addr_in)
580 {
581         volatile void __iomem *addr = (volatile void __iomem *)
582                 (PAGE_MASK & (unsigned long __force)addr_in);
583 #if 1
584         vunmap((void * __force)addr);
585 #else
586         /* x86 uses this complicated flow instead of vunmap().  Is
587          * there any particular reason we should do the same? */
588         struct vm_struct *p, *o;
589
590         /* Use the vm area unlocked, assuming the caller
591            ensures there isn't another iounmap for the same address
592            in parallel. Reuse of the virtual address is prevented by
593            leaving it in the global lists until we're done with it.
594            cpa takes care of the direct mappings. */
595         p = find_vm_area((void *)addr);
596
597         if (!p) {
598                 pr_err("iounmap: bad address %p\n", addr);
599                 dump_stack();
600                 return;
601         }
602
603         /* Finally remove it */
604         o = remove_vm_area((void *)addr);
605         BUG_ON(p != o || o == NULL);
606         kfree(p);
607 #endif
608 }
609 EXPORT_SYMBOL(iounmap);
610
611 #endif /* CHIP_HAS_MMIO() */