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/cacheflush.h>
   9 #include <asm/e820.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
  21 /*
  22  * We need to define the tracepoints somewhere, and tlb.c
  23  * is only compied when SMP=y.
  24  */
  25 #define CREATE_TRACE_POINTS
  26 #include <trace/events/tlb.h>
  27
  28 #include "mm_internal.h"
  29
  30 /*
  31  * Tables translating between page_cache_type_t and pte encoding.
  32  *
  33  * The default values are defined statically as minimal supported mode;
  34  * WC and WT fall back to UC-.  pat_init() updates these values to support
  35  * more cache modes, WC and WT, when it is safe to do so.  See pat_init()
  36  * for the details.  Note, __early_ioremap() used during early boot-time
  37  * takes pgprot_t (pte encoding) and does not use these tables.
  38  *
  39  *   Index into __cachemode2pte_tbl[] is the cachemode.
  40  *
  41  *   Index into __pte2cachemode_tbl[] are the caching attribute bits of the pte
  42  *   (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT) at index bit positions 0, 1, 2.
  43  */
  44 uint16_t __cachemode2pte_tbl[_PAGE_CACHE_MODE_NUM] = {
  45         [_PAGE_CACHE_MODE_WB      ]     = 0         | 0        ,
  46         [_PAGE_CACHE_MODE_WC      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  47         [_PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS]     = 0         | _PAGE_PCD,
  48         [_PAGE_CACHE_MODE_UC      ]     = _PAGE_PWT | _PAGE_PCD,
  49         [_PAGE_CACHE_MODE_WT      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  50         [_PAGE_CACHE_MODE_WP      ]     = 0         | _PAGE_PCD,
  51 };
  52 EXPORT_SYMBOL(__cachemode2pte_tbl);
  53
  54 uint8_t __pte2cachemode_tbl[8] = {
  55         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  56         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  57         [__pte2cm_idx( 0        | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  58         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | 0        )] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  59         [__pte2cm_idx( 0        | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_WB,
  60         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | 0         | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  61         [__pte2cm_idx(0         | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS,
  62         [__pte2cm_idx(_PAGE_PWT | _PAGE_PCD | _PAGE_PAT)] = _PAGE_CACHE_MODE_UC,
  63 };
  64 EXPORT_SYMBOL(__pte2cachemode_tbl);
  65
  66 static unsigned long __initdata pgt_buf_start;
  67 static unsigned long __initdata pgt_buf_end;
  68 static unsigned long __initdata pgt_buf_top;
  69
  70 static unsigned long min_pfn_mapped;
  71
  72 static bool __initdata can_use_brk_pgt = true;
  73
  74 /*
  75  * Pages returned are already directly mapped.
  76  *
  77  * Changing that is likely to break Xen, see commit:
  78  *
  79  *    279b706 x86,xen: introduce x86_init.mapping.pagetable_reserve
  80  *
  81  * for detailed information.
  82  */
  83 __ref void *alloc_low_pages(unsigned int num)
  84 {
  85         unsigned long pfn;
  86         int i;
  87
  88         if (after_bootmem) {
  89                 unsigned int order;
  90
  91                 order = get_order((unsigned long)num << PAGE_SHIFT);
  92                 return (void *)__get_free_pages(GFP_ATOMIC | __GFP_NOTRACK |
  93                                                 __GFP_ZERO, order);
  94         }
  95
  96         if ((pgt_buf_end + num) > pgt_buf_top || !can_use_brk_pgt) {
  97                 unsigned long ret;
  98                 if (min_pfn_mapped >= max_pfn_mapped)
  99                         panic("alloc_low_pages: ran out of memory");
 100                 ret = memblock_find_in_range(min_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 101                                         max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT,
 102                                         PAGE_SIZE * num , PAGE_SIZE);
 103                 if (!ret)
 104                         panic("alloc_low_pages: can not alloc memory");
 105                 memblock_reserve(ret, PAGE_SIZE * num);
 106                 pfn = ret >> PAGE_SHIFT;
 107         } else {
 108                 pfn = pgt_buf_end;
 109                 pgt_buf_end += num;
 110                 printk(KERN_DEBUG "BRK [%#010lx, %#010lx] PGTABLE\n",
 111                         pfn << PAGE_SHIFT, (pgt_buf_end << PAGE_SHIFT) - 1);
 112         }
 113
 114         for (i = 0; i < num; i++) {
 115                 void *adr;
 116
 117                 adr = __va((pfn + i) << PAGE_SHIFT);
 118                 clear_page(adr);
 119         }
 120
 121         return __va(pfn << PAGE_SHIFT);
 122 }
 123
 124 /* need 3 4k for initial PMD_SIZE,  3 4k for 0-ISA_END_ADDRESS */
 125 #define INIT_PGT_BUF_SIZE       (6 * PAGE_SIZE)
 126 RESERVE_BRK(early_pgt_alloc, INIT_PGT_BUF_SIZE);
 127 void  __init early_alloc_pgt_buf(void)
 128 {
 129         unsigned long tables = INIT_PGT_BUF_SIZE;
 130         phys_addr_t base;
 131
 132         base = __pa(extend_brk(tables, PAGE_SIZE));
 133
 134         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
 135         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
 136         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
 137 }
 138
 139 int after_bootmem;
 140
 141 early_param_on_off("gbpages", "nogbpages", direct_gbpages, CONFIG_X86_DIRECT_GBPAGES);
 142
 143 struct map_range {
 144         unsigned long start;
 145         unsigned long end;
 146         unsigned page_size_mask;
 147 };
 148
 149 static int page_size_mask;
 150
 151 static void __init probe_page_size_mask(void)
 152 {
 153 #if !defined(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) && !defined(CONFIG_KMEMCHECK)
 154         /*
 155          * For CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC, identity mapping will use small pages.
 156          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
 157          * large pages into small in interrupt context, etc.
 158          */
 159         if (cpu_has_pse)
 160                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
 161 #endif
 162
 163         /* Enable PSE if available */
 164         if (cpu_has_pse)
 165                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PSE);
 166
 167         /* Enable PGE if available */
 168         if (cpu_has_pge) {
 169                 cr4_set_bits_and_update_boot(X86_CR4_PGE);
 170                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
 171         } else
 172                 __supported_pte_mask &= ~_PAGE_GLOBAL;
 173
 174         /* Enable 1 GB linear kernel mappings if available: */
 175         if (direct_gbpages && cpu_has_gbpages) {
 176                 printk(KERN_INFO "Using GB pages for direct mapping\n");
 177                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
 178         } else {
 179                 direct_gbpages = 0;
 180         }
 181 }
 182
 183 #ifdef CONFIG_X86_32
 184 #define NR_RANGE_MR 3
 185 #else /* CONFIG_X86_64 */
 186 #define NR_RANGE_MR 5
 187 #endif
 188
 189 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
 190                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 191                              unsigned long page_size_mask)
 192 {
 193         if (start_pfn < end_pfn) {
 194                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
 195                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
 196                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
 197                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
 198                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
 199                 nr_range++;
 200         }
 201
 202         return nr_range;
 203 }
 204
 205 /*
 206  * adjust the page_size_mask for small range to go with
 207  *      big page size instead small one if nearby are ram too.
 208  */
 209 static void __init_refok adjust_range_page_size_mask(struct map_range *mr,
 210                                                          int nr_range)
 211 {
 212         int i;
 213
 214         for (i = 0; i < nr_range; i++) {
 215                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M)) &&
 216                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))) {
 217                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PMD_SIZE);
 218                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PMD_SIZE);
 219
 220 #ifdef CONFIG_X86_32
 221                         if ((end >> PAGE_SHIFT) > max_low_pfn)
 222                                 continue;
 223 #endif
 224
 225                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 226                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_2M;
 227                 }
 228                 if ((page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G)) &&
 229                     !(mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))) {
 230                         unsigned long start = round_down(mr[i].start, PUD_SIZE);
 231                         unsigned long end = round_up(mr[i].end, PUD_SIZE);
 232
 233                         if (memblock_is_region_memory(start, end - start))
 234                                 mr[i].page_size_mask |= 1<<PG_LEVEL_1G;
 235                 }
 236         }
 237 }
 238
 239 static const char *page_size_string(struct map_range *mr)
 240 {
 241         static const char str_1g[] = "1G";
 242         static const char str_2m[] = "2M";
 243         static const char str_4m[] = "4M";
 244         static const char str_4k[] = "4k";
 245
 246         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))
 247                 return str_1g;
 248         /*
 249          * 32-bit without PAE has a 4M large page size.
 250          * PG_LEVEL_2M is misnamed, but we can at least
 251          * print out the right size in the string.
 252          */
 253         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_32) &&
 254             !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAE) &&
 255             mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 256                 return str_4m;
 257
 258         if (mr->page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))
 259                 return str_2m;
 260
 261         return str_4k;
 262 }
 263
 264 static int __meminit split_mem_range(struct map_range *mr, int nr_range,
 265                                      unsigned long start,
 266                                      unsigned long end)
 267 {
 268         unsigned long start_pfn, end_pfn, limit_pfn;
 269         unsigned long pfn;
 270         int i;
 271
 272         limit_pfn = PFN_DOWN(end);
 273
 274         /* head if not big page alignment ? */
 275         pfn = start_pfn = PFN_DOWN(start);
 276 #ifdef CONFIG_X86_32
 277         /*
 278          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 279          * because there are often fixed size MTRRs in there
 280          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 281          * slowdowns.
 282          */
 283         if (pfn == 0)
 284                 end_pfn = PFN_DOWN(PMD_SIZE);
 285         else
 286                 end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 287 #else /* CONFIG_X86_64 */
 288         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 289 #endif
 290         if (end_pfn > limit_pfn)
 291                 end_pfn = limit_pfn;
 292         if (start_pfn < end_pfn) {
 293                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 294                 pfn = end_pfn;
 295         }
 296
 297         /* big page (2M) range */
 298         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 299 #ifdef CONFIG_X86_32
 300         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 301 #else /* CONFIG_X86_64 */
 302         end_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 303         if (end_pfn > round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE)))
 304                 end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 305 #endif
 306
 307         if (start_pfn < end_pfn) {
 308                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 309                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 310                 pfn = end_pfn;
 311         }
 312
 313 #ifdef CONFIG_X86_64
 314         /* big page (1G) range */
 315         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 316         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PUD_SIZE));
 317         if (start_pfn < end_pfn) {
 318                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 319                                 page_size_mask &
 320                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 321                 pfn = end_pfn;
 322         }
 323
 324         /* tail is not big page (1G) alignment */
 325         start_pfn = round_up(pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 326         end_pfn = round_down(limit_pfn, PFN_DOWN(PMD_SIZE));
 327         if (start_pfn < end_pfn) {
 328                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 329                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 330                 pfn = end_pfn;
 331         }
 332 #endif
 333
 334         /* tail is not big page (2M) alignment */
 335         start_pfn = pfn;
 336         end_pfn = limit_pfn;
 337         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 338
 339         if (!after_bootmem)
 340                 adjust_range_page_size_mask(mr, nr_range);
 341
 342         /* try to merge same page size and continuous */
 343         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 344                 unsigned long old_start;
 345                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 346                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 347                         continue;
 348                 /* move it */
 349                 old_start = mr[i].start;
 350                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 351                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 352                 mr[i--].start = old_start;
 353                 nr_range--;
 354         }
 355
 356         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 357                 printk(KERN_DEBUG " [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
 358                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
 359                                 page_size_string(&mr[i]));
 360
 361         return nr_range;
 362 }
 363
 364 struct range pfn_mapped[E820_X_MAX];
 365 int nr_pfn_mapped;
 366
 367 static void add_pfn_range_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 368 {
 369         nr_pfn_mapped = add_range_with_merge(pfn_mapped, E820_X_MAX,
 370                                              nr_pfn_mapped, start_pfn, end_pfn);
 371         nr_pfn_mapped = clean_sort_range(pfn_mapped, E820_X_MAX);
 372
 373         max_pfn_mapped = max(max_pfn_mapped, end_pfn);
 374
 375         if (start_pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
 376                 max_low_pfn_mapped = max(max_low_pfn_mapped,
 377                                          min(end_pfn, 1UL<<(32-PAGE_SHIFT)));
 378 }
 379
 380 bool pfn_range_is_mapped(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 381 {
 382         int i;
 383
 384         for (i = 0; i < nr_pfn_mapped; i++)
 385                 if ((start_pfn >= pfn_mapped[i].start) &&
 386                     (end_pfn <= pfn_mapped[i].end))
 387                         return true;
 388
 389         return false;
 390 }
 391
 392 /*
 393  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 394  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 395  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 396  */
 397 unsigned long __init_refok init_memory_mapping(unsigned long start,
 398                                                unsigned long end)
 399 {
 400         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 401         unsigned long ret = 0;
 402         int nr_range, i;
 403
 404         pr_info("init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 405                start, end - 1);
 406
 407         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 408         nr_range = split_mem_range(mr, 0, start, end);
 409
 410         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 411                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 412                                                    mr[i].page_size_mask);
 413
 414         add_pfn_range_mapped(start >> PAGE_SHIFT, ret >> PAGE_SHIFT);
 415
 416         return ret >> PAGE_SHIFT;
 417 }
 418
 419 /*
 420  * We need to iterate through the E820 memory map and create direct mappings
 421  * for only E820_RAM and E820_KERN_RESERVED regions. We cannot simply
 422  * create direct mappings for all pfns from [0 to max_low_pfn) and
 423  * [4GB to max_pfn) because of possible memory holes in high addresses
 424  * that cannot be marked as UC by fixed/variable range MTRRs.
 425  * Depending on the alignment of E820 ranges, this may possibly result
 426  * in using smaller size (i.e. 4K instead of 2M or 1G) page tables.
 427  *
 428  * init_mem_mapping() calls init_range_memory_mapping() with big range.
 429  * That range would have hole in the middle or ends, and only ram parts
 430  * will be mapped in init_range_memory_mapping().
 431  */
 432 static unsigned long __init init_range_memory_mapping(
 433                                            unsigned long r_start,
 434                                            unsigned long r_end)
 435 {
 436         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 437         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 438         int i;
 439
 440         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
 441                 u64 start = clamp_val(PFN_PHYS(start_pfn), r_start, r_end);
 442                 u64 end = clamp_val(PFN_PHYS(end_pfn), r_start, r_end);
 443                 if (start >= end)
 444                         continue;
 445
 446                 /*
 447                  * if it is overlapping with brk pgt, we need to
 448                  * alloc pgt buf from memblock instead.
 449                  */
 450                 can_use_brk_pgt = max(start, (u64)pgt_buf_end<<PAGE_SHIFT) >=
 451                                     min(end, (u64)pgt_buf_top<<PAGE_SHIFT);
 452                 init_memory_mapping(start, end);
 453                 mapped_ram_size += end - start;
 454                 can_use_brk_pgt = true;
 455         }
 456
 457         return mapped_ram_size;
 458 }
 459
 460 static unsigned long __init get_new_step_size(unsigned long step_size)
 461 {
 462         /*
 463          * Initial mapped size is PMD_SIZE (2M).
 464          * We can not set step_size to be PUD_SIZE (1G) yet.
 465          * In worse case, when we cross the 1G boundary, and
 466          * PG_LEVEL_2M is not set, we will need 1+1+512 pages (2M + 8k)
 467          * to map 1G range with PTE. Hence we use one less than the
 468          * difference of page table level shifts.
 469          *
 470          * Don't need to worry about overflow in the top-down case, on 32bit,
 471          * when step_size is 0, round_down() returns 0 for start, and that
 472          * turns it into 0x100000000ULL.
 473          * In the bottom-up case, round_up(x, 0) returns 0 though too, which
 474          * needs to be taken into consideration by the code below.
 475          */
 476         return step_size << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT - 1);
 477 }
 478
 479 /**
 480  * memory_map_top_down - Map [map_start, map_end) top down
 481  * @map_start: start address of the target memory range
 482  * @map_end: end address of the target memory range
 483  *
 484  * This function will setup direct mapping for memory range
 485  * [map_start, map_end) in top-down. That said, the page tables
 486  * will be allocated at the end of the memory, and we map the
 487  * memory in top-down.
 488  */
 489 static void __init memory_map_top_down(unsigned long map_start,
 490                                        unsigned long map_end)
 491 {
 492         unsigned long real_end, start, last_start;
 493         unsigned long step_size;
 494         unsigned long addr;
 495         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 496
 497         /* xen has big range in reserved near end of ram, skip it at first.*/
 498         addr = memblock_find_in_range(map_start, map_end, PMD_SIZE, PMD_SIZE);
 499         real_end = addr + PMD_SIZE;
 500
 501         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 502         step_size = PMD_SIZE;
 503         max_pfn_mapped = 0; /* will get exact value next */
 504         min_pfn_mapped = real_end >> PAGE_SHIFT;
 505         last_start = start = real_end;
 506
 507         /*
 508          * We start from the top (end of memory) and go to the bottom.
 509          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 510          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 511          * for page table.
 512          */
 513         while (last_start > map_start) {
 514                 if (last_start > step_size) {
 515                         start = round_down(last_start - 1, step_size);
 516                         if (start < map_start)
 517                                 start = map_start;
 518                 } else
 519                         start = map_start;
 520                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start,
 521                                                         last_start);
 522                 last_start = start;
 523                 min_pfn_mapped = last_start >> PAGE_SHIFT;
 524                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 525                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 526         }
 527
 528         if (real_end < map_end)
 529                 init_range_memory_mapping(real_end, map_end);
 530 }
 531
 532 /**
 533  * memory_map_bottom_up - Map [map_start, map_end) bottom up
 534  * @map_start: start address of the target memory range
 535  * @map_end: end address of the target memory range
 536  *
 537  * This function will setup direct mapping for memory range
 538  * [map_start, map_end) in bottom-up. Since we have limited the
 539  * bottom-up allocation above the kernel, the page tables will
 540  * be allocated just above the kernel and we map the memory
 541  * in [map_start, map_end) in bottom-up.
 542  */
 543 static void __init memory_map_bottom_up(unsigned long map_start,
 544                                         unsigned long map_end)
 545 {
 546         unsigned long next, start;
 547         unsigned long mapped_ram_size = 0;
 548         /* step_size need to be small so pgt_buf from BRK could cover it */
 549         unsigned long step_size = PMD_SIZE;
 550
 551         start = map_start;
 552         min_pfn_mapped = start >> PAGE_SHIFT;
 553
 554         /*
 555          * We start from the bottom (@map_start) and go to the top (@map_end).
 556          * The memblock_find_in_range() gets us a block of RAM from the
 557          * end of RAM in [min_pfn_mapped, max_pfn_mapped) used as new pages
 558          * for page table.
 559          */
 560         while (start < map_end) {
 561                 if (step_size && map_end - start > step_size) {
 562                         next = round_up(start + 1, step_size);
 563                         if (next > map_end)
 564                                 next = map_end;
 565                 } else {
 566                         next = map_end;
 567                 }
 568
 569                 mapped_ram_size += init_range_memory_mapping(start, next);
 570                 start = next;
 571
 572                 if (mapped_ram_size >= step_size)
 573                         step_size = get_new_step_size(step_size);
 574         }
 575 }
 576
 577 void __init init_mem_mapping(void)
 578 {
 579         unsigned long end;
 580
 581         probe_page_size_mask();
 582
 583 #ifdef CONFIG_X86_64
 584         end = max_pfn << PAGE_SHIFT;
 585 #else
 586         end = max_low_pfn << PAGE_SHIFT;
 587 #endif
 588
 589         /* the ISA range is always mapped regardless of memory holes */
 590         init_memory_mapping(0, ISA_END_ADDRESS);
 591
 592         /*
 593          * If the allocation is in bottom-up direction, we setup direct mapping
 594          * in bottom-up, otherwise we setup direct mapping in top-down.
 595          */
 596         if (memblock_bottom_up()) {
 597                 unsigned long kernel_end = __pa_symbol(_end);
 598
 599                 /*
 600                  * we need two separate calls here. This is because we want to
 601                  * allocate page tables above the kernel. So we first map
 602                  * [kernel_end, end) to make memory above the kernel be mapped
 603                  * as soon as possible. And then use page tables allocated above
 604                  * the kernel to map [ISA_END_ADDRESS, kernel_end).
 605                  */
 606                 memory_map_bottom_up(kernel_end, end);
 607                 memory_map_bottom_up(ISA_END_ADDRESS, kernel_end);
 608         } else {
 609                 memory_map_top_down(ISA_END_ADDRESS, end);
 610         }
 611
 612 #ifdef CONFIG_X86_64
 613         if (max_pfn > max_low_pfn) {
 614                 /* can we preseve max_low_pfn ?*/
 615                 max_low_pfn = max_pfn;
 616         }
 617 #else
 618         early_ioremap_page_table_range_init();
 619 #endif
 620
 621         load_cr3(swapper_pg_dir);
 622         __flush_tlb_all();
 623
 624         early_memtest(0, max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT);
 625 }
 626
 627 /*
 628  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 629  * is valid. The argument is a physical page number.
 630  *
 631  *
 632  * On x86, access has to be given to the first megabyte of ram because that area
 633  * contains BIOS code and data regions used by X and dosemu and similar apps.
 634  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the PCI
 635  * mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 636  */
 637 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 638 {
 639         if (pagenr < 256)
 640                 return 1;
 641         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT))
 642                 return 0;
 643         if (!page_is_ram(pagenr))
 644                 return 1;
 645         return 0;
 646 }
 647
 648 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 649 {
 650         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 651
 652         /* Make sure boundaries are page aligned */
 653         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 654         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 655
 656         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 657                 begin = begin_aligned;
 658                 end   = end_aligned;
 659         }
 660
 661         if (begin >= end)
 662                 return;
 663
 664         /*
 665          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 666          * mark them not present - any buggy init-section access will
 667          * create a kernel page fault:
 668          */
 669 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
 670         printk(KERN_INFO "debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 671                 begin, end - 1);
 672         set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 673 #else
 674         /*
 675          * We just marked the kernel text read only above, now that
 676          * we are going to free part of that, we need to make that
 677          * writeable and non-executable first.
 678          */
 679         set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 680         set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 681
 682         free_reserved_area((void *)begin, (void *)end, POISON_FREE_INITMEM, what);
 683 #endif
 684 }
 685
 686 void free_initmem(void)
 687 {
 688         free_init_pages("unused kernel",
 689                         (unsigned long)(&__init_begin),
 690                         (unsigned long)(&__init_end));
 691 }
 692
 693 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 694 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 695 {
 696         /*
 697          * Remember, initrd memory may contain microcode or other useful things.
 698          * Before we lose initrd mem, we need to find a place to hold them
 699          * now that normal virtual memory is enabled.
 700          */
 701         save_microcode_in_initrd();
 702
 703         /*
 704          * end could be not aligned, and We can not align that,
 705          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 706          * We already reserve the end partial page before in
 707          *   - i386_start_kernel()
 708          *   - x86_64_start_kernel()
 709          *   - relocate_initrd()
 710          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 711          */
 712         free_init_pages("initrd", start, PAGE_ALIGN(end));
 713 }
 714 #endif
 715
 716 void __init zone_sizes_init(void)
 717 {
 718         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 719
 720         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 721
 722 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 723         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
 724 #endif
 725 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 726         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
 727 #endif
 728         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
 729 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 730         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
 731 #endif
 732
 733         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 734 }
 735
 736 DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate) = {
 737 #ifdef CONFIG_SMP
 738         .active_mm = &init_mm,
 739         .state = 0,
 740 #endif
 741         .cr4 = ~0UL,    /* fail hard if we screw up cr4 shadow initialization */
 742 };
 743 EXPORT_SYMBOL_GPL(cpu_tlbstate);
 744
 745 void update_cache_mode_entry(unsigned entry, enum page_cache_mode cache)
 746 {
 747         /* entry 0 MUST be WB (hardwired to speed up translations) */
 748         BUG_ON(!entry && cache != _PAGE_CACHE_MODE_WB);
 749
 750         __cachemode2pte_tbl[cache] = __cm_idx2pte(entry);
 751         __pte2cachemode_tbl[entry] = cache;
 752 }