arch/x86/mm/init.c

   1 #include <linux/gfp.h>
   2 #include <linux/initrd.h>
   3 #include <linux/ioport.h>
   4 #include <linux/swap.h>
   5 #include <linux/memblock.h>
   6 #include <linux/bootmem.h>      /* for max_low_pfn */
   7
   8 #include <asm/set_memory.h>
   9 #include <asm/e820/api.h>
  10 #include <asm/init.h>
  11 #include <asm/page.h>
  12 #include <asm/page_types.h>
  13 #include <asm/sections.h>
  14 #include <asm/setup.h>
  15 #include <asm/tlbflush.h>
  16 #include <asm/tlb.h>
  17 #include <asm/proto.h>
  18 #include <asm/dma.h>            /* for MAX_DMA_PFN */
  19 #include <asm/microcode.h>
  20 #include <asm/kaslr.h>
  21
  22 /*
  23  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
  24  * is only compied when SMP=y.
  25  */
  26 #define CREATE_TRACE_POINTS
  27 #include <trace/events/tlb.h>
  28
  29 #include "mm_internal.h"
  30
  31 /*
  32  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
  33  *
  34  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
  35  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
  36  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
  37  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
  38  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
  39  *
  40  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
  41  *
  42  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
  43  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
  44  */
  45 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
  46         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
  47         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  48         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
  49         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
  50         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  51         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  52 };
  53 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
  54
  55 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
  56         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  57         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  58         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  59         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  60         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  61         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  62         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  63         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  64 };
  65 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
  66
  67 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
  68 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
  69 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
  70
  71 static unsigned long min_pfn_mapped;
  72
  73 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
  74
  75 /*
  76  * Pages returned are already directly mapped.
  77  *
  78  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
  79  *
  80  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
  81  *
  82  * for detailed information.
  83  */
  84 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
  85 {
  86         unsigned long pfn;
  87         int i;
  88
  89         if (after_bootmem) {
  90                 unsigned int order;
  91
  92                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
  93                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_NOTRACK |
  94                                                 __GFP_ZERO, order);
  95         }
  96
  97         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
  98                 unsigned long ret;
  99                 if (min_pfn_mapped >= max_pfn_mapped)
 100                         panic("alloc_low_pages: ran out of memory");
 101                 ret = memblock_find_in_range(min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 102                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 103                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
 104                 if (!ret)
 105                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
 106                 memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
 107                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
 108         } else {
 109                 pfn = pgt_buf_end;
 110                 pgt_buf_end += num;
 111                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
 112                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
 113         }
 114
 115         for (i = 0; i < num; i++) {
 116                 void *adr;
 117
 118                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
 119                 clear_page(adr);
 120         }
 121
 122         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
 123 }
 124
 125 /*
 126  * By default need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS.
 127  * With KASLR memory randomization, depending on the machine e820 memory
 128  * and the PUD alignment. We may need twice more pages when KASLR memory
 129  * randomization is enabled.
 130  */
 131 #ifndef CONFIG_RANDOMIZE_MEMORY
 132 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      6
 133 #else
 134 #define INIT_PGD_PAGE_COUNT      12
 135 #endif
 136 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (INIT_PGD_PAGE_COUNT * PAGE_SIZE)
 137 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
 138 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
 139 {
 140         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
 141         phys_addr_t base;
 142
 143         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
 144
 145         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
 146         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
 147         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
 148 }
 149
 150 int after_bootmem;
 151
 152 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
 153
 154 struct map_range {
 155         unsigned long start;
 156         unsigned long end;
 157         unsigned page_size_mask;
 158 };
 159
 160 static int page_size_mask;
 161
 162 static void __init probe_page_size_mask(void)
 163 {
 164         /*
 165          * For CONFIG_KMEMCHECK or pagealloc debugging, identity mapping will
 166          * use small pages.
 167          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
 168          * large pages into small in interrupt context, etc.
 169          */
 170         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE) && !debug_pagealloc_enabled() && !IS_ENABLED(CONFIG_KMEMCHECK))
 171                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
 172         else
 173                 direct_gbpages = 0;
 174
 175         /* Enable PSE if available */
 176         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PSE))
 177                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
 178
 179         /* Enable PGE if available */
 180         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
 181                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
 182                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
 183         } else
 184                 __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
 185
 186         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
 187         if (direct_gbpages && boot_cpu_has(X86_FEATURE_GBPAGES)) {
 188                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
 189                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
 190         } else {
 191                 direct_gbpages = 0;
 192         }
 193 }
 194
 195 #ifdef CONFIG_X86_32
 196 #define NR_RANGE_MR 3
 197 #else /* CONFIG_X86_64 */
 198 #define NR_RANGE_MR 5
 199 #endif
 200
 201 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
 202                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 203                              unsigned long page_size_mask)
 204 {
 205         if (start_pfn < end_pfn) {
 206                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
 207                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
 208                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
 209                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
 210                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
 211                 nr_range++;
 212         }
 213
 214         return nr_range;
 215 }
 216
 217 /*
 218  * adjust the page_size_mask for small range to go with
 219  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
 220  */
 221 static void __ref adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
 222                                                          int nr_range)
 223 {
 224         int i;
 225
 226         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
 227                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
 228                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
 229                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
 230                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
 231
 232 #ifdef CONFIG_X86_32
 233                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
 234                                 continue;
 235 #endif
 236
 237                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 238                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
 239                 }
 240                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
 241                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
 242                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
 243                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
 244
 245                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 246                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
 247                 }
 248         }
 249 }
 250
 251 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
 252 {
 253         static const char str_1g[] = "1G";
 254         static const char str_2m[] = "2M";
 255         static const char str_4m[] = "4M";
 256         static const char str_4k[] = "4k";
 257
 258         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
 259                 return str_1g;
 260         /*
 261          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
 262          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
 263          * print out the right size in the string.
 264          */
 265         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
 266             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
 267             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 268                 return str_4m;
 269
 270         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 271                 return str_2m;
 272
 273         return str_4k;
 274 }
 275
 276 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
 277                                      unsigned long start,
 278                                      unsigned long end)
 279 {
 280         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
 281         unsigned long pfn;
 282         int i;
 283
 284         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
 285
 286         /* head if not big page alignment ? */
 287         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
 288 #ifdef CONFIG_X86_32
 289         /*
 290          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 291          * because there are often fixed size MTRRs in there
 292          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 293          * slowdowns.
 294          */
 295         if (pfn == 0)
 296                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
 297         else
 298                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 299 #else /* CONFIG_X86_64 */
 300         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 301 #endif
 302         if (end_pfn > limit_pfn)
 303                 end_pfn = limit_pfn;
 304         if (start_pfn < end_pfn) {
 305                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 306                 pfn = end_pfn;
 307         }
 308
 309         /* big page (2M) range */
 310         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 311 #ifdef CONFIG_X86_32
 312         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 313 #else /* CONFIG_X86_64 */
 314         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 315         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
 316                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 317 #endif
 318
 319         if (start_pfn < end_pfn) {
 320                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 321                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 322                 pfn = end_pfn;
 323         }
 324
 325 #ifdef CONFIG_X86_64
 326         /* big page (1G) range */
 327         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 328         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 329         if (start_pfn < end_pfn) {
 330                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 331                                 page_size_mask &
 332                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 333                 pfn = end_pfn;
 334         }
 335
 336         /* tail is not big page (1G) alignment */
 337         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 338         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 339         if (start_pfn < end_pfn) {
 340                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 341                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 342                 pfn = end_pfn;
 343         }
 344 #endif
 345
 346         /* tail is not big page (2M) alignment */
 347         start_pfn = pfn;
 348         end_pfn = limit_pfn;
 349         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 350
 351         if (!after_bootmem)
 352                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
 353
 354         /* try to merge same page size and continuous */
 355         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 356                 unsigned long old_start;
 357                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 358                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 359                         continue;
 360                 /* move it */
 361                 old_start = mr[i].start;
 362                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 363                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 364                 mr[i--].start = old_start;
 365                 nr_range--;
 366         }
 367
 368         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 369                 pr_debug(" [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
 370                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
 371                                 page_size_string(&mr[i]));
 372
 373         return nr_range;
 374 }
 375
 376 struct range pfn_mapped[E820_MAX_ENTRIES];
 377 int nr_pfn_mapped;
 378
 379 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 380 {
 381         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES,
 382                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
 383         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_MAX_ENTRIES);
 384
 385         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
 386
 387         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
 388                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
 389                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
 390 }
 391
 392 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 393 {
 394         int i;
 395
 396         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
 397                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
 398                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
 399                         return true;
 400
 401         return false;
 402 }
 403
 404 /*
 405  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 406  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 407  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 408  */
 409 unsigned long __ref init_memory_mapping(unsigned long start,
 410                                                unsigned long end)
 411 {
 412         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 413         unsigned long ret = 0;
 414         int nr_range, i;
 415
 416         pr_debug("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 417                start, end - 1);
 418
 419         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 420         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
 421
 422         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 423                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 424                                                    mr[i].page_size_mask);
 425
 426         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
 427
 428         return ret >> PAGE_SHIFT;
 429 }
 430
 431 /*
 432  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
 433  * for only E820_TYPE_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
 434  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
 435  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
 436  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
 437  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
 438  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
 439  *
 440  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
 441  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
 442  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
 443  */
 444 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
 445                                            unsigned long r_start,
 446                                            unsigned long r_end)
 447 {
 448         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 449         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 450         int i;
 451
 452         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 453                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
 454                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
 455                 if (start >= end)
 456                         continue;
 457
 458                 /*
 459                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
 460                  * alloc pgt buf from memblock instead.
 461                  */
 462                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
 463                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
 464                 init_memory_mapping(start, end);
 465                 mapped_ram_size += end - start;
 466                 can_use_brk_pgt = true;
 467         }
 468
 469         return mapped_ram_size;
 470 }
 471
 472 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
 473 {
 474         /*
 475          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
 476          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
 477          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
 478          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
 479          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
 480          * difference of page table level shifts.
 481          *
 482          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
 483          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
 484          * turns it into 0x100000000ULL.
 485          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
 486          * needs to be taken into consideration by the code below.
 487          */
 488         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
 489 }
 490
 491 /**
 492  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
 493  * @map_start: start address of the target memory range
 494  * @map_end: end address of the target memory range
 495  *
 496  * This function will setup direct mapping for memory range
 497  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
 498  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
 499  * memory in top-down.
 500  */
 501 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
 502                                        unsigned long map_end)
 503 {
 504         unsigned long real_end, start, last_start;
 505         unsigned long step_size;
 506         unsigned long addr;
 507         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 508
 509         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
 510         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
 511         real_end = addr + PMD_SIZE;
 512
 513         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 514         step_size = PMD_SIZE;
 515         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
 516         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
 517         last_start = start = real_end;
 518
 519         /*
 520          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
 521          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 522          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 523          * for page table.
 524          */
 525         while (last_start > map_start) {
 526                 if (last_start > step_size) {
 527                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
 528                         if (start < map_start)
 529                                 start = map_start;
 530                 } else
 531                         start = map_start;
 532                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
 533                                                         last_start);
 534                 last_start = start;
 535                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
 536                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 537                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 538         }
 539
 540         if (real_end < map_end)
 541                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
 542 }
 543
 544 /**
 545  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
 546  * @map_start: start address of the target memory range
 547  * @map_end: end address of the target memory range
 548  *
 549  * This function will setup direct mapping for memory range
 550  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
 551  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
 552  * be allocated just above the kernel and we map the memory
 553  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
 554  */
 555 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
 556                                         unsigned long map_end)
 557 {
 558         unsigned long next, start;
 559         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 560         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 561         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
 562
 563         start = map_start;
 564         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
 565
 566         /*
 567          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
 568          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 569          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 570          * for page table.
 571          */
 572         while (start < map_end) {
 573                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
 574                         next = round_up(start + 1, step_size);
 575                         if (next > map_end)
 576                                 next = map_end;
 577                 } else {
 578                         next = map_end;
 579                 }
 580
 581                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
 582                 start = next;
 583
 584                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 585                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 586         }
 587 }
 588
 589 void __init init_mem_mapping(void)
 590 {
 591         unsigned long end;
 592
 593         probe_page_size_mask();
 594
 595 #ifdef CONFIG_X86_64
 596         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
 597 #else
 598         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
 599 #endif
 600
 601         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
 602         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
 603
 604         /* Init the trampoline, possibly with KASLR memory offset */
 605         init_trampoline();
 606
 607         /*
 608          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
 609          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
 610          */
 611         if (memblock_bottom_up()) {
 612                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
 613
 614                 /*
 615                  * we need two separate calls here. This is because we want to
 616                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
 617                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
 618                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
 619                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
 620                  */
 621                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
 622                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
 623         } else {
 624                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
 625         }
 626
 627 #ifdef CONFIG_X86_64
 628         if (max_pfn > max_low_pfn) {
 629                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
 630                 max_low_pfn = max_pfn;
 631         }
 632 #else
 633         early_ioremap_page_table_range_init();
 634 #endif
 635
 636         load_cr3(swapper_pg_dir);
 637         __flush_tlb_all();
 638
 639         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
 640 }
 641
 642 /*
 643  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 644  * is valid. The argument is a physical page number.
 645  *
 646  * On x86, access has to be given to the first megabyte of RAM because that
 647  * area traditionally contains BIOS code and data regions used by X, dosemu,
 648  * and similar apps. Since they map the entire memory range, the whole range
 649  * must be allowed (for mapping), but any areas that would otherwise be
 650  * disallowed are flagged as being "zero filled" instead of rejected.
 651  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the
 652  * PCI mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 653  */
 654 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 655 {
 656         if (page_is_ram(pagenr)) {
 657                 /*
 658                  * For disallowed memory regions in the low 1MB range,
 659                  * request that the page be shown as all zeros.
 660                  */
 661                 if (pagenr < 256)
 662                         return 2;
 663
 664                 return 0;
 665         }
 666
 667         /*
 668          * This must follow RAM test, since System RAM is considered a
 669          * restricted resource under CONFIG_STRICT_IOMEM.
 670          */
 671         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT)) {
 672                 /* Low 1MB bypasses iomem restrictions. */
 673                 if (pagenr < 256)
 674                         return 1;
 675
 676                 return 0;
 677         }
 678
 679         return 1;
 680 }
 681
 682 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 683 {
 684         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 685
 686         /* Make sure boundaries are page aligned */
 687         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 688         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 689
 690         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 691                 begin = begin_aligned;
 692                 end   = end_aligned;
 693         }
 694
 695         if (begin >= end)
 696                 return;
 697
 698         /*
 699          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 700          * mark them not present - any buggy init-section access will
 701          * create a kernel page fault:
 702          */
 703         if (debug_pagealloc_enabled()) {
 704                 pr_info("debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 705                         begin, end - 1);
 706                 set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 707         } else {
 708                 /*
 709                  * We just marked the kernel text read only above, now that
 710                  * we are going to free part of that, we need to make that
 711                  * writeable and non-executable first.
 712                  */
 713                 set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 714                 set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 715
 716                 free_reserved_area((void *)begin, (void *)end,
 717                                    POISON_FREE_INITMEM, what);
 718         }
 719 }
 720
 721 void __ref free_initmem(void)
 722 {
 723         e820__reallocate_tables();
 724
 725         free_init_pages("unused kernel",
 726                         (unsigned long)(&__init_begin),
 727                         (unsigned long)(&__init_end));
 728 }
 729
 730 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 731 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 732 {
 733         /*
 734          * end could be not aligned, and We can not align that,
 735          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 736          * We already reserve the end partial page before in
 737          *   - i386_start_kernel()
 738          *   - x86_64_start_kernel()
 739          *   - relocate_initrd()
 740          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 741          */
 742         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
 743 }
 744 #endif
 745
 746 /*
 747  * Calculate the precise size of the DMA zone (first 16 MB of RAM),
 748  * and pass it to the MM layer - to help it set zone watermarks more
 749  * accurately.
 750  *
 751  * Done on 64-bit systems only for the time being, although 32-bit systems
 752  * might benefit from this as well.
 753  */
 754 void __init memblock_find_dma_reserve(void)
 755 {
 756 #ifdef CONFIG_X86_64
 757         u64 nr_pages = 0, nr_free_pages = 0;
 758         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 759         phys_addr_t start_addr, end_addr;
 760         int i;
 761         u64 u;
 762
 763         /*
 764          * Iterate over all memory ranges (free and reserved ones alike),
 765          * to calculate the total number of pages in the first 16 MB of RAM:
 766          */
 767         nr_pages = 0;
 768         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 769                 start_pfn = min(start_pfn, MAX_DMA_PFN);
 770                 end_pfn   = min(end_pfn,   MAX_DMA_PFN);
 771
 772                 nr_pages += end_pfn - start_pfn;
 773         }
 774
 775         /*
 776          * Iterate over free memory ranges to calculate the number of free
 777          * pages in the DMA zone, while not counting potential partial
 778          * pages at the beginning or the end of the range:
 779          */
 780         nr_free_pages = 0;
 781         for_each_free_mem_range(u, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start_addr, &end_addr, NULL) {
 782                 start_pfn = min_t(unsigned long, PFN_UP(start_addr), MAX_DMA_PFN);
 783                 end_pfn   = min_t(unsigned long, PFN_DOWN(end_addr), MAX_DMA_PFN);
 784
 785                 if (start_pfn < end_pfn)
 786                         nr_free_pages += end_pfn - start_pfn;
 787         }
 788
 789         set_dma_reserve(nr_pages - nr_free_pages);
 790 #endif
 791 }
 792
 793 void __init zone_sizes_init(void)
 794 {
 795         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 796
 797         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 798
 799 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 800         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
 801 #endif
 802 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 803         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
 804 #endif
 805         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
 806 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 807         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
 808 #endif
 809
 810         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 811 }
 812
 813 DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
 814         .loaded_mm = &init_mm,
 815         .state = 0,
 816         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
 817 };
 818 EXPORT_SYMBOL_GPL(cpu_tlbstate);
 819
 820 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
 821 {
 822         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
 823         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
 824
 825         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
 826         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
 827 }