x86/paravirt: Remove paravirt ops pmd_update[_defer] and pte_update_defer
[cascardo/linux.git] / arch / x86 / mm / pgtable.c
1 #include <linux/mm.h>
2 #include <linux/gfp.h>
3 #include <asm/pgalloc.h>
4 #include <asm/pgtable.h>
5 #include <asm/tlb.h>
6 #include <asm/fixmap.h>
7 #include <asm/mtrr.h>
8
9 #define PGALLOC_GFP GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK | __GFP_REPEAT | __GFP_ZERO
10
11 #ifdef CONFIG_HIGHPTE
12 #define PGALLOC_USER_GFP __GFP_HIGHMEM
13 #else
14 #define PGALLOC_USER_GFP 0
15 #endif
16
17 gfp_t __userpte_alloc_gfp = PGALLOC_GFP | PGALLOC_USER_GFP;
18
19 pte_t *pte_alloc_one_kernel(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
20 {
21         return (pte_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
22 }
23
24 pgtable_t pte_alloc_one(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
25 {
26         struct page *pte;
27
28         pte = alloc_pages(__userpte_alloc_gfp, 0);
29         if (!pte)
30                 return NULL;
31         if (!pgtable_page_ctor(pte)) {
32                 __free_page(pte);
33                 return NULL;
34         }
35         return pte;
36 }
37
38 static int __init setup_userpte(char *arg)
39 {
40         if (!arg)
41                 return -EINVAL;
42
43         /*
44          * "userpte=nohigh" disables allocation of user pagetables in
45          * high memory.
46          */
47         if (strcmp(arg, "nohigh") == 0)
48                 __userpte_alloc_gfp &= ~__GFP_HIGHMEM;
49         else
50                 return -EINVAL;
51         return 0;
52 }
53 early_param("userpte", setup_userpte);
54
55 void ___pte_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, struct page *pte)
56 {
57         pgtable_page_dtor(pte);
58         paravirt_release_pte(page_to_pfn(pte));
59         tlb_remove_page(tlb, pte);
60 }
61
62 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2
63 void ___pmd_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pmd_t *pmd)
64 {
65         struct page *page = virt_to_page(pmd);
66         paravirt_release_pmd(__pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
67         /*
68          * NOTE! For PAE, any changes to the top page-directory-pointer-table
69          * entries need a full cr3 reload to flush.
70          */
71 #ifdef CONFIG_X86_PAE
72         tlb->need_flush_all = 1;
73 #endif
74         pgtable_pmd_page_dtor(page);
75         tlb_remove_page(tlb, page);
76 }
77
78 #if CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3
79 void ___pud_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud)
80 {
81         paravirt_release_pud(__pa(pud) >> PAGE_SHIFT);
82         tlb_remove_page(tlb, virt_to_page(pud));
83 }
84 #endif  /* CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 3 */
85 #endif  /* CONFIG_PGTABLE_LEVELS > 2 */
86
87 static inline void pgd_list_add(pgd_t *pgd)
88 {
89         struct page *page = virt_to_page(pgd);
90
91         list_add(&page->lru, &pgd_list);
92 }
93
94 static inline void pgd_list_del(pgd_t *pgd)
95 {
96         struct page *page = virt_to_page(pgd);
97
98         list_del(&page->lru);
99 }
100
101 #define UNSHARED_PTRS_PER_PGD                           \
102         (SHARED_KERNEL_PMD ? KERNEL_PGD_BOUNDARY : PTRS_PER_PGD)
103
104
105 static void pgd_set_mm(pgd_t *pgd, struct mm_struct *mm)
106 {
107         BUILD_BUG_ON(sizeof(virt_to_page(pgd)->index) < sizeof(mm));
108         virt_to_page(pgd)->index = (pgoff_t)mm;
109 }
110
111 struct mm_struct *pgd_page_get_mm(struct page *page)
112 {
113         return (struct mm_struct *)page->index;
114 }
115
116 static void pgd_ctor(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
117 {
118         /* If the pgd points to a shared pagetable level (either the
119            ptes in non-PAE, or shared PMD in PAE), then just copy the
120            references from swapper_pg_dir. */
121         if (CONFIG_PGTABLE_LEVELS == 2 ||
122             (CONFIG_PGTABLE_LEVELS == 3 && SHARED_KERNEL_PMD) ||
123             CONFIG_PGTABLE_LEVELS == 4) {
124                 clone_pgd_range(pgd + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
125                                 swapper_pg_dir + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
126                                 KERNEL_PGD_PTRS);
127         }
128
129         /* list required to sync kernel mapping updates */
130         if (!SHARED_KERNEL_PMD) {
131                 pgd_set_mm(pgd, mm);
132                 pgd_list_add(pgd);
133         }
134 }
135
136 static void pgd_dtor(pgd_t *pgd)
137 {
138         if (SHARED_KERNEL_PMD)
139                 return;
140
141         spin_lock(&pgd_lock);
142         pgd_list_del(pgd);
143         spin_unlock(&pgd_lock);
144 }
145
146 /*
147  * List of all pgd's needed for non-PAE so it can invalidate entries
148  * in both cached and uncached pgd's; not needed for PAE since the
149  * kernel pmd is shared. If PAE were not to share the pmd a similar
150  * tactic would be needed. This is essentially codepath-based locking
151  * against pageattr.c; it is the unique case in which a valid change
152  * of kernel pagetables can't be lazily synchronized by vmalloc faults.
153  * vmalloc faults work because attached pagetables are never freed.
154  * -- nyc
155  */
156
157 #ifdef CONFIG_X86_PAE
158 /*
159  * In PAE mode, we need to do a cr3 reload (=tlb flush) when
160  * updating the top-level pagetable entries to guarantee the
161  * processor notices the update.  Since this is expensive, and
162  * all 4 top-level entries are used almost immediately in a
163  * new process's life, we just pre-populate them here.
164  *
165  * Also, if we're in a paravirt environment where the kernel pmd is
166  * not shared between pagetables (!SHARED_KERNEL_PMDS), we allocate
167  * and initialize the kernel pmds here.
168  */
169 #define PREALLOCATED_PMDS       UNSHARED_PTRS_PER_PGD
170
171 void pud_populate(struct mm_struct *mm, pud_t *pudp, pmd_t *pmd)
172 {
173         paravirt_alloc_pmd(mm, __pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
174
175         /* Note: almost everything apart from _PAGE_PRESENT is
176            reserved at the pmd (PDPT) level. */
177         set_pud(pudp, __pud(__pa(pmd) | _PAGE_PRESENT));
178
179         /*
180          * According to Intel App note "TLBs, Paging-Structure Caches,
181          * and Their Invalidation", April 2007, document 317080-001,
182          * section 8.1: in PAE mode we explicitly have to flush the
183          * TLB via cr3 if the top-level pgd is changed...
184          */
185         flush_tlb_mm(mm);
186 }
187 #else  /* !CONFIG_X86_PAE */
188
189 /* No need to prepopulate any pagetable entries in non-PAE modes. */
190 #define PREALLOCATED_PMDS       0
191
192 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
193
194 static void free_pmds(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmds[])
195 {
196         int i;
197
198         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++)
199                 if (pmds[i]) {
200                         pgtable_pmd_page_dtor(virt_to_page(pmds[i]));
201                         free_page((unsigned long)pmds[i]);
202                         mm_dec_nr_pmds(mm);
203                 }
204 }
205
206 static int preallocate_pmds(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmds[])
207 {
208         int i;
209         bool failed = false;
210
211         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
212                 pmd_t *pmd = (pmd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
213                 if (!pmd)
214                         failed = true;
215                 if (pmd && !pgtable_pmd_page_ctor(virt_to_page(pmd))) {
216                         free_page((unsigned long)pmd);
217                         pmd = NULL;
218                         failed = true;
219                 }
220                 if (pmd)
221                         mm_inc_nr_pmds(mm);
222                 pmds[i] = pmd;
223         }
224
225         if (failed) {
226                 free_pmds(mm, pmds);
227                 return -ENOMEM;
228         }
229
230         return 0;
231 }
232
233 /*
234  * Mop up any pmd pages which may still be attached to the pgd.
235  * Normally they will be freed by munmap/exit_mmap, but any pmd we
236  * preallocate which never got a corresponding vma will need to be
237  * freed manually.
238  */
239 static void pgd_mop_up_pmds(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgdp)
240 {
241         int i;
242
243         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
244                 pgd_t pgd = pgdp[i];
245
246                 if (pgd_val(pgd) != 0) {
247                         pmd_t *pmd = (pmd_t *)pgd_page_vaddr(pgd);
248
249                         pgdp[i] = native_make_pgd(0);
250
251                         paravirt_release_pmd(pgd_val(pgd) >> PAGE_SHIFT);
252                         pmd_free(mm, pmd);
253                         mm_dec_nr_pmds(mm);
254                 }
255         }
256 }
257
258 static void pgd_prepopulate_pmd(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd, pmd_t *pmds[])
259 {
260         pud_t *pud;
261         int i;
262
263         if (PREALLOCATED_PMDS == 0) /* Work around gcc-3.4.x bug */
264                 return;
265
266         pud = pud_offset(pgd, 0);
267
268         for (i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++, pud++) {
269                 pmd_t *pmd = pmds[i];
270
271                 if (i >= KERNEL_PGD_BOUNDARY)
272                         memcpy(pmd, (pmd_t *)pgd_page_vaddr(swapper_pg_dir[i]),
273                                sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD);
274
275                 pud_populate(mm, pud, pmd);
276         }
277 }
278
279 /*
280  * Xen paravirt assumes pgd table should be in one page. 64 bit kernel also
281  * assumes that pgd should be in one page.
282  *
283  * But kernel with PAE paging that is not running as a Xen domain
284  * only needs to allocate 32 bytes for pgd instead of one page.
285  */
286 #ifdef CONFIG_X86_PAE
287
288 #include <linux/slab.h>
289
290 #define PGD_SIZE        (PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t))
291 #define PGD_ALIGN       32
292
293 static struct kmem_cache *pgd_cache;
294
295 static int __init pgd_cache_init(void)
296 {
297         /*
298          * When PAE kernel is running as a Xen domain, it does not use
299          * shared kernel pmd. And this requires a whole page for pgd.
300          */
301         if (!SHARED_KERNEL_PMD)
302                 return 0;
303
304         /*
305          * when PAE kernel is not running as a Xen domain, it uses
306          * shared kernel pmd. Shared kernel pmd does not require a whole
307          * page for pgd. We are able to just allocate a 32-byte for pgd.
308          * During boot time, we create a 32-byte slab for pgd table allocation.
309          */
310         pgd_cache = kmem_cache_create("pgd_cache", PGD_SIZE, PGD_ALIGN,
311                                       SLAB_PANIC, NULL);
312         if (!pgd_cache)
313                 return -ENOMEM;
314
315         return 0;
316 }
317 core_initcall(pgd_cache_init);
318
319 static inline pgd_t *_pgd_alloc(void)
320 {
321         /*
322          * If no SHARED_KERNEL_PMD, PAE kernel is running as a Xen domain.
323          * We allocate one page for pgd.
324          */
325         if (!SHARED_KERNEL_PMD)
326                 return (pgd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
327
328         /*
329          * Now PAE kernel is not running as a Xen domain. We can allocate
330          * a 32-byte slab for pgd to save memory space.
331          */
332         return kmem_cache_alloc(pgd_cache, PGALLOC_GFP);
333 }
334
335 static inline void _pgd_free(pgd_t *pgd)
336 {
337         if (!SHARED_KERNEL_PMD)
338                 free_page((unsigned long)pgd);
339         else
340                 kmem_cache_free(pgd_cache, pgd);
341 }
342 #else
343 static inline pgd_t *_pgd_alloc(void)
344 {
345         return (pgd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
346 }
347
348 static inline void _pgd_free(pgd_t *pgd)
349 {
350         free_page((unsigned long)pgd);
351 }
352 #endif /* CONFIG_X86_PAE */
353
354 pgd_t *pgd_alloc(struct mm_struct *mm)
355 {
356         pgd_t *pgd;
357         pmd_t *pmds[PREALLOCATED_PMDS];
358
359         pgd = _pgd_alloc();
360
361         if (pgd == NULL)
362                 goto out;
363
364         mm->pgd = pgd;
365
366         if (preallocate_pmds(mm, pmds) != 0)
367                 goto out_free_pgd;
368
369         if (paravirt_pgd_alloc(mm) != 0)
370                 goto out_free_pmds;
371
372         /*
373          * Make sure that pre-populating the pmds is atomic with
374          * respect to anything walking the pgd_list, so that they
375          * never see a partially populated pgd.
376          */
377         spin_lock(&pgd_lock);
378
379         pgd_ctor(mm, pgd);
380         pgd_prepopulate_pmd(mm, pgd, pmds);
381
382         spin_unlock(&pgd_lock);
383
384         return pgd;
385
386 out_free_pmds:
387         free_pmds(mm, pmds);
388 out_free_pgd:
389         _pgd_free(pgd);
390 out:
391         return NULL;
392 }
393
394 void pgd_free(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
395 {
396         pgd_mop_up_pmds(mm, pgd);
397         pgd_dtor(pgd);
398         paravirt_pgd_free(mm, pgd);
399         _pgd_free(pgd);
400 }
401
402 /*
403  * Used to set accessed or dirty bits in the page table entries
404  * on other architectures. On x86, the accessed and dirty bits
405  * are tracked by hardware. However, do_wp_page calls this function
406  * to also make the pte writeable at the same time the dirty bit is
407  * set. In that case we do actually need to write the PTE.
408  */
409 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
410                           unsigned long address, pte_t *ptep,
411                           pte_t entry, int dirty)
412 {
413         int changed = !pte_same(*ptep, entry);
414
415         if (changed && dirty) {
416                 *ptep = entry;
417                 pte_update(vma->vm_mm, address, ptep);
418         }
419
420         return changed;
421 }
422
423 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
424 int pmdp_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
425                           unsigned long address, pmd_t *pmdp,
426                           pmd_t entry, int dirty)
427 {
428         int changed = !pmd_same(*pmdp, entry);
429
430         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
431
432         if (changed && dirty) {
433                 *pmdp = entry;
434                 /*
435                  * We had a write-protection fault here and changed the pmd
436                  * to to more permissive. No need to flush the TLB for that,
437                  * #PF is architecturally guaranteed to do that and in the
438                  * worst-case we'll generate a spurious fault.
439                  */
440         }
441
442         return changed;
443 }
444 #endif
445
446 int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
447                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
448 {
449         int ret = 0;
450
451         if (pte_young(*ptep))
452                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
453                                          (unsigned long *) &ptep->pte);
454
455         if (ret)
456                 pte_update(vma->vm_mm, addr, ptep);
457
458         return ret;
459 }
460
461 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
462 int pmdp_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
463                               unsigned long addr, pmd_t *pmdp)
464 {
465         int ret = 0;
466
467         if (pmd_young(*pmdp))
468                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
469                                          (unsigned long *)pmdp);
470
471         return ret;
472 }
473 #endif
474
475 int ptep_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
476                            unsigned long address, pte_t *ptep)
477 {
478         /*
479          * On x86 CPUs, clearing the accessed bit without a TLB flush
480          * doesn't cause data corruption. [ It could cause incorrect
481          * page aging and the (mistaken) reclaim of hot pages, but the
482          * chance of that should be relatively low. ]
483          *
484          * So as a performance optimization don't flush the TLB when
485          * clearing the accessed bit, it will eventually be flushed by
486          * a context switch or a VM operation anyway. [ In the rare
487          * event of it not getting flushed for a long time the delay
488          * shouldn't really matter because there's no real memory
489          * pressure for swapout to react to. ]
490          */
491         return ptep_test_and_clear_young(vma, address, ptep);
492 }
493
494 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
495 int pmdp_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
496                            unsigned long address, pmd_t *pmdp)
497 {
498         int young;
499
500         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
501
502         young = pmdp_test_and_clear_young(vma, address, pmdp);
503         if (young)
504                 flush_tlb_range(vma, address, address + HPAGE_PMD_SIZE);
505
506         return young;
507 }
508
509 void pmdp_splitting_flush(struct vm_area_struct *vma,
510                           unsigned long address, pmd_t *pmdp)
511 {
512         int set;
513         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
514         set = !test_and_set_bit(_PAGE_BIT_SPLITTING,
515                                 (unsigned long *)pmdp);
516         if (set) {
517                 /* need tlb flush only to serialize against gup-fast */
518                 flush_tlb_range(vma, address, address + HPAGE_PMD_SIZE);
519         }
520 }
521 #endif
522
523 /**
524  * reserve_top_address - reserves a hole in the top of kernel address space
525  * @reserve - size of hole to reserve
526  *
527  * Can be used to relocate the fixmap area and poke a hole in the top
528  * of kernel address space to make room for a hypervisor.
529  */
530 void __init reserve_top_address(unsigned long reserve)
531 {
532 #ifdef CONFIG_X86_32
533         BUG_ON(fixmaps_set > 0);
534         __FIXADDR_TOP = round_down(-reserve, 1 << PMD_SHIFT) - PAGE_SIZE;
535         printk(KERN_INFO "Reserving virtual address space above 0x%08lx (rounded to 0x%08lx)\n",
536                -reserve, __FIXADDR_TOP + PAGE_SIZE);
537 #endif
538 }
539
540 int fixmaps_set;
541
542 void __native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, pte_t pte)
543 {
544         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
545
546         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
547                 BUG();
548                 return;
549         }
550         set_pte_vaddr(address, pte);
551         fixmaps_set++;
552 }
553
554 void native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, phys_addr_t phys,
555                        pgprot_t flags)
556 {
557         __native_set_fixmap(idx, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
561 /**
562  * pud_set_huge - setup kernel PUD mapping
563  *
564  * MTRRs can override PAT memory types with 4KiB granularity. Therefore, this
565  * function sets up a huge page only if any of the following conditions are met:
566  *
567  * - MTRRs are disabled, or
568  *
569  * - MTRRs are enabled and the range is completely covered by a single MTRR, or
570  *
571  * - MTRRs are enabled and the corresponding MTRR memory type is WB, which
572  *   has no effect on the requested PAT memory type.
573  *
574  * Callers should try to decrease page size (1GB -> 2MB -> 4K) if the bigger
575  * page mapping attempt fails.
576  *
577  * Returns 1 on success and 0 on failure.
578  */
579 int pud_set_huge(pud_t *pud, phys_addr_t addr, pgprot_t prot)
580 {
581         u8 mtrr, uniform;
582
583         mtrr = mtrr_type_lookup(addr, addr + PUD_SIZE, &uniform);
584         if ((mtrr != MTRR_TYPE_INVALID) && (!uniform) &&
585             (mtrr != MTRR_TYPE_WRBACK))
586                 return 0;
587
588         prot = pgprot_4k_2_large(prot);
589
590         set_pte((pte_t *)pud, pfn_pte(
591                 (u64)addr >> PAGE_SHIFT,
592                 __pgprot(pgprot_val(prot) | _PAGE_PSE)));
593
594         return 1;
595 }
596
597 /**
598  * pmd_set_huge - setup kernel PMD mapping
599  *
600  * See text over pud_set_huge() above.
601  *
602  * Returns 1 on success and 0 on failure.
603  */
604 int pmd_set_huge(pmd_t *pmd, phys_addr_t addr, pgprot_t prot)
605 {
606         u8 mtrr, uniform;
607
608         mtrr = mtrr_type_lookup(addr, addr + PMD_SIZE, &uniform);
609         if ((mtrr != MTRR_TYPE_INVALID) && (!uniform) &&
610             (mtrr != MTRR_TYPE_WRBACK)) {
611                 pr_warn_once("%s: Cannot satisfy [mem %#010llx-%#010llx] with a huge-page mapping due to MTRR override.\n",
612                              __func__, addr, addr + PMD_SIZE);
613                 return 0;
614         }
615
616         prot = pgprot_4k_2_large(prot);
617
618         set_pte((pte_t *)pmd, pfn_pte(
619                 (u64)addr >> PAGE_SHIFT,
620                 __pgprot(pgprot_val(prot) | _PAGE_PSE)));
621
622         return 1;
623 }
624
625 /**
626  * pud_clear_huge - clear kernel PUD mapping when it is set
627  *
628  * Returns 1 on success and 0 on failure (no PUD map is found).
629  */
630 int pud_clear_huge(pud_t *pud)
631 {
632         if (pud_large(*pud)) {
633                 pud_clear(pud);
634                 return 1;
635         }
636
637         return 0;
638 }
639
640 /**
641  * pmd_clear_huge - clear kernel PMD mapping when it is set
642  *
643  * Returns 1 on success and 0 on failure (no PMD map is found).
644  */
645 int pmd_clear_huge(pmd_t *pmd)
646 {
647         if (pmd_large(*pmd)) {
648                 pmd_clear(pmd);
649                 return 1;
650         }
651
652         return 0;
653 }
654 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */