arch/arm64/mm/init.c

   1 /*
   2  * Based on arch/arm/mm/init.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 1995-2005 Russell King
   5  * Copyright (C) 2012 ARM Ltd.
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   9  * published by the Free Software Foundation.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18  */
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/export.h>
  22 #include <linux/errno.h>
  23 #include <linux/swap.h>
  24 #include <linux/init.h>
  25 #include <linux/bootmem.h>
  26 #include <linux/mman.h>
  27 #include <linux/nodemask.h>
  28 #include <linux/initrd.h>
  29 #include <linux/gfp.h>
  30 #include <linux/memblock.h>
  31 #include <linux/sort.h>
  32 #include <linux/of_fdt.h>
  33 #include <linux/dma-mapping.h>
  34 #include <linux/dma-contiguous.h>
  35 #include <linux/efi.h>
  36 #include <linux/swiotlb.h>
  37
  38 #include <asm/boot.h>
  39 #include <asm/fixmap.h>
  40 #include <asm/kasan.h>
  41 #include <asm/kernel-pgtable.h>
  42 #include <asm/memory.h>
  43 #include <asm/numa.h>
  44 #include <asm/sections.h>
  45 #include <asm/setup.h>
  46 #include <asm/sizes.h>
  47 #include <asm/tlb.h>
  48 #include <asm/alternative.h>
  49
  50 #include "mm.h"
  51
  52 /*
  53  * We need to be able to catch inadvertent references to memstart_addr
  54  * that occur (potentially in generic code) before arm64_memblock_init()
  55  * executes, which assigns it its actual value. So use a default value
  56  * that cannot be mistaken for a real physical address.
  57  */
  58 s64 memstart_addr __read_mostly = -1;
  59 phys_addr_t arm64_dma_phys_limit __read_mostly;
  60
  61 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
  62 static int __init early_initrd(char *p)
  63 {
  64         unsigned long start, size;
  65         char *endp;
  66
  67         start = memparse(p, &endp);
  68         if (*endp == ',') {
  69                 size = memparse(endp + 1, NULL);
  70
  71                 initrd_start = start;
  72                 initrd_end = start + size;
  73         }
  74         return 0;
  75 }
  76 early_param("initrd", early_initrd);
  77 #endif
  78
  79 /*
  80  * Return the maximum physical address for ZONE_DMA (DMA_BIT_MASK(32)). It
  81  * currently assumes that for memory starting above 4G, 32-bit devices will
  82  * use a DMA offset.
  83  */
  84 static phys_addr_t __init max_zone_dma_phys(void)
  85 {
  86         phys_addr_t offset = memblock_start_of_DRAM() & GENMASK_ULL(63, 32);
  87         return min(offset + (1ULL << 32), memblock_end_of_DRAM());
  88 }
  89
  90 #ifdef CONFIG_NUMA
  91
  92 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
  93 {
  94         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES]  = {0};
  95
  96         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA))
  97                 max_zone_pfns[ZONE_DMA] = PFN_DOWN(max_zone_dma_phys());
  98         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max;
  99
 100         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 101 }
 102
 103 #else
 104
 105 static void __init zone_sizes_init(unsigned long min, unsigned long max)
 106 {
 107         struct memblock_region *reg;
 108         unsigned long zone_size[MAX_NR_ZONES], zhole_size[MAX_NR_ZONES];
 109         unsigned long max_dma = min;
 110
 111         memset(zone_size, 0, sizeof(zone_size));
 112
 113         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 114 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 115         max_dma = PFN_DOWN(arm64_dma_phys_limit);
 116         zone_size[ZONE_DMA] = max_dma - min;
 117 #endif
 118         zone_size[ZONE_NORMAL] = max - max_dma;
 119
 120         memcpy(zhole_size, zone_size, sizeof(zhole_size));
 121
 122         for_each_memblock(memory, reg) {
 123                 unsigned long start = memblock_region_memory_base_pfn(reg);
 124                 unsigned long end = memblock_region_memory_end_pfn(reg);
 125
 126                 if (start >= max)
 127                         continue;
 128
 129 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 130                 if (start < max_dma) {
 131                         unsigned long dma_end = min(end, max_dma);
 132                         zhole_size[ZONE_DMA] -= dma_end - start;
 133                 }
 134 #endif
 135                 if (end > max_dma) {
 136                         unsigned long normal_end = min(end, max);
 137                         unsigned long normal_start = max(start, max_dma);
 138                         zhole_size[ZONE_NORMAL] -= normal_end - normal_start;
 139                 }
 140         }
 141
 142         free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
 143 }
 144
 145 #endif /* CONFIG_NUMA */
 146
 147 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
 148 int pfn_valid(unsigned long pfn)
 149 {
 150         return memblock_is_map_memory(pfn << PAGE_SHIFT);
 151 }
 152 EXPORT_SYMBOL(pfn_valid);
 153 #endif
 154
 155 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
 156 static void __init arm64_memory_present(void)
 157 {
 158 }
 159 #else
 160 static void __init arm64_memory_present(void)
 161 {
 162         struct memblock_region *reg;
 163         int nid = 0;
 164
 165         for_each_memblock(memory, reg) {
 166 #ifdef CONFIG_NUMA
 167                 nid = reg->nid;
 168 #endif
 169                 memory_present(nid, memblock_region_memory_base_pfn(reg),
 170                                 memblock_region_memory_end_pfn(reg));
 171         }
 172 }
 173 #endif
 174
 175 static phys_addr_t memory_limit = (phys_addr_t)ULLONG_MAX;
 176
 177 /*
 178  * Limit the memory size that was specified via FDT.
 179  */
 180 static int __init early_mem(char *p)
 181 {
 182         if (!p)
 183                 return 1;
 184
 185         memory_limit = memparse(p, &p) & PAGE_MASK;
 186         pr_notice("Memory limited to %lldMB\n", memory_limit >> 20);
 187
 188         return 0;
 189 }
 190 early_param("mem", early_mem);
 191
 192 void __init arm64_memblock_init(void)
 193 {
 194         const s64 linear_region_size = -(s64)PAGE_OFFSET;
 195
 196         /*
 197          * Ensure that the linear region takes up exactly half of the kernel
 198          * virtual address space. This way, we can distinguish a linear address
 199          * from a kernel/module/vmalloc address by testing a single bit.
 200          */
 201         BUILD_BUG_ON(linear_region_size != BIT(VA_BITS - 1));
 202
 203         /*
 204          * Select a suitable value for the base of physical memory.
 205          */
 206         memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM(),
 207                                    ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 208
 209         /*
 210          * Remove the memory that we will not be able to cover with the
 211          * linear mapping. Take care not to clip the kernel which may be
 212          * high in memory.
 213          */
 214         memblock_remove(max_t(u64, memstart_addr + linear_region_size, __pa(_end)),
 215                         ULLONG_MAX);
 216         if (memstart_addr + linear_region_size < memblock_end_of_DRAM()) {
 217                 /* ensure that memstart_addr remains sufficiently aligned */
 218                 memstart_addr = round_up(memblock_end_of_DRAM() - linear_region_size,
 219                                          ARM64_MEMSTART_ALIGN);
 220                 memblock_remove(0, memstart_addr);
 221         }
 222
 223         /*
 224          * Apply the memory limit if it was set. Since the kernel may be loaded
 225          * high up in memory, add back the kernel region that must be accessible
 226          * via the linear mapping.
 227          */
 228         if (memory_limit != (phys_addr_t)ULLONG_MAX) {
 229                 memblock_enforce_memory_limit(memory_limit);
 230                 memblock_add(__pa(_text), (u64)(_end - _text));
 231         }
 232
 233         if (IS_ENABLED(CONFIG_BLK_DEV_INITRD) && initrd_start) {
 234                 /*
 235                  * Add back the memory we just removed if it results in the
 236                  * initrd to become inaccessible via the linear mapping.
 237                  * Otherwise, this is a no-op
 238                  */
 239                 u64 base = initrd_start & PAGE_MASK;
 240                 u64 size = PAGE_ALIGN(initrd_end) - base;
 241
 242                 /*
 243                  * We can only add back the initrd memory if we don't end up
 244                  * with more memory than we can address via the linear mapping.
 245                  * It is up to the bootloader to position the kernel and the
 246                  * initrd reasonably close to each other (i.e., within 32 GB of
 247                  * each other) so that all granule/#levels combinations can
 248                  * always access both.
 249                  */
 250                 if (WARN(base < memblock_start_of_DRAM() ||
 251                          base + size > memblock_start_of_DRAM() +
 252                                        linear_region_size,
 253                         "initrd not fully accessible via the linear mapping -- please check your bootloader ...\n")) {
 254                         initrd_start = 0;
 255                 } else {
 256                         memblock_remove(base, size); /* clear MEMBLOCK_ flags */
 257                         memblock_add(base, size);
 258                         memblock_reserve(base, size);
 259                 }
 260         }
 261
 262         if (IS_ENABLED(CONFIG_RANDOMIZE_BASE)) {
 263                 extern u16 memstart_offset_seed;
 264                 u64 range = linear_region_size -
 265                             (memblock_end_of_DRAM() - memblock_start_of_DRAM());
 266
 267                 /*
 268                  * If the size of the linear region exceeds, by a sufficient
 269                  * margin, the size of the region that the available physical
 270                  * memory spans, randomize the linear region as well.
 271                  */
 272                 if (memstart_offset_seed > 0 && range >= ARM64_MEMSTART_ALIGN) {
 273                         range = range / ARM64_MEMSTART_ALIGN + 1;
 274                         memstart_addr -= ARM64_MEMSTART_ALIGN *
 275                                          ((range * memstart_offset_seed) >> 16);
 276                 }
 277         }
 278
 279         /*
 280          * Register the kernel text, kernel data, initrd, and initial
 281          * pagetables with memblock.
 282          */
 283         memblock_reserve(__pa(_text), _end - _text);
 284 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 285         if (initrd_start) {
 286                 memblock_reserve(initrd_start, initrd_end - initrd_start);
 287
 288                 /* the generic initrd code expects virtual addresses */
 289                 initrd_start = __phys_to_virt(initrd_start);
 290                 initrd_end = __phys_to_virt(initrd_end);
 291         }
 292 #endif
 293
 294         early_init_fdt_scan_reserved_mem();
 295
 296         /* 4GB maximum for 32-bit only capable devices */
 297         if (IS_ENABLED(CONFIG_ZONE_DMA))
 298                 arm64_dma_phys_limit = max_zone_dma_phys();
 299         else
 300                 arm64_dma_phys_limit = PHYS_MASK + 1;
 301         dma_contiguous_reserve(arm64_dma_phys_limit);
 302
 303         memblock_allow_resize();
 304 }
 305
 306 void __init bootmem_init(void)
 307 {
 308         unsigned long min, max;
 309
 310         min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 311         max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());
 312
 313         early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);
 314
 315         max_pfn = max_low_pfn = max;
 316
 317         arm64_numa_init();
 318         /*
 319          * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
 320          * done after the fixed reservations.
 321          */
 322         arm64_memory_present();
 323
 324         sparse_init();
 325         zone_sizes_init(min, max);
 326
 327         high_memory = __va((max << PAGE_SHIFT) - 1) + 1;
 328         memblock_dump_all();
 329 }
 330
 331 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 332 static inline void free_memmap(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
 333 {
 334         struct page *start_pg, *end_pg;
 335         unsigned long pg, pgend;
 336
 337         /*
 338          * Convert start_pfn/end_pfn to a struct page pointer.
 339          */
 340         start_pg = pfn_to_page(start_pfn - 1) + 1;
 341         end_pg = pfn_to_page(end_pfn - 1) + 1;
 342
 343         /*
 344          * Convert to physical addresses, and round start upwards and end
 345          * downwards.
 346          */
 347         pg = (unsigned long)PAGE_ALIGN(__pa(start_pg));
 348         pgend = (unsigned long)__pa(end_pg) & PAGE_MASK;
 349
 350         /*
 351          * If there are free pages between these, free the section of the
 352          * memmap array.
 353          */
 354         if (pg < pgend)
 355                 free_bootmem(pg, pgend - pg);
 356 }
 357
 358 /*
 359  * The mem_map array can get very big. Free the unused area of the memory map.
 360  */
 361 static void __init free_unused_memmap(void)
 362 {
 363         unsigned long start, prev_end = 0;
 364         struct memblock_region *reg;
 365
 366         for_each_memblock(memory, reg) {
 367                 start = __phys_to_pfn(reg->base);
 368
 369 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 370                 /*
 371                  * Take care not to free memmap entries that don't exist due
 372                  * to SPARSEMEM sections which aren't present.
 373                  */
 374                 start = min(start, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 375 #endif
 376                 /*
 377                  * If we had a previous bank, and there is a space between the
 378                  * current bank and the previous, free it.
 379                  */
 380                 if (prev_end && prev_end < start)
 381                         free_memmap(prev_end, start);
 382
 383                 /*
 384                  * Align up here since the VM subsystem insists that the
 385                  * memmap entries are valid from the bank end aligned to
 386                  * MAX_ORDER_NR_PAGES.
 387                  */
 388                 prev_end = ALIGN(__phys_to_pfn(reg->base + reg->size),
 389                                  MAX_ORDER_NR_PAGES);
 390         }
 391
 392 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
 393         if (!IS_ALIGNED(prev_end, PAGES_PER_SECTION))
 394                 free_memmap(prev_end, ALIGN(prev_end, PAGES_PER_SECTION));
 395 #endif
 396 }
 397 #endif  /* !CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP */
 398
 399 /*
 400  * mem_init() marks the free areas in the mem_map and tells us how much memory
 401  * is free.  This is done after various parts of the system have claimed their
 402  * memory after the kernel image.
 403  */
 404 void __init mem_init(void)
 405 {
 406         swiotlb_init(1);
 407
 408         set_max_mapnr(pfn_to_page(max_pfn) - mem_map);
 409
 410 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 411         free_unused_memmap();
 412 #endif
 413         /* this will put all unused low memory onto the freelists */
 414         free_all_bootmem();
 415
 416         mem_init_print_info(NULL);
 417
 418 #define MLK(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 10
 419 #define MLM(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 20
 420 #define MLG(b, t) b, t, ((t) - (b)) >> 30
 421 #define MLK_ROUNDUP(b, t) b, t, DIV_ROUND_UP(((t) - (b)), SZ_1K)
 422
 423         pr_notice("Virtual kernel memory layout:\n");
 424 #ifdef CONFIG_KASAN
 425         pr_cont("    kasan   : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB)\n",
 426                 MLG(KASAN_SHADOW_START, KASAN_SHADOW_END));
 427 #endif
 428         pr_cont("    modules : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
 429                 MLM(MODULES_VADDR, MODULES_END));
 430         pr_cont("    vmalloc : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB)\n",
 431                 MLG(VMALLOC_START, VMALLOC_END));
 432         pr_cont("      .text : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 433                 MLK_ROUNDUP(_text, __start_rodata));
 434         pr_cont("    .rodata : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 435                 MLK_ROUNDUP(__start_rodata, _etext));
 436         pr_cont("      .init : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 437                 MLK_ROUNDUP(__init_begin, __init_end));
 438         pr_cont("      .data : 0x%p" " - 0x%p" "   (%6ld KB)\n",
 439                 MLK_ROUNDUP(_sdata, _edata));
 440         pr_cont("    fixed   : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld KB)\n",
 441                 MLK(FIXADDR_START, FIXADDR_TOP));
 442         pr_cont("    PCI I/O : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
 443                 MLM(PCI_IO_START, PCI_IO_END));
 444 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
 445         pr_cont("    vmemmap : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld GB maximum)\n",
 446                 MLG(VMEMMAP_START, VMEMMAP_START + VMEMMAP_SIZE));
 447         pr_cont("              0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB actual)\n",
 448                 MLM((unsigned long)phys_to_page(memblock_start_of_DRAM()),
 449                     (unsigned long)virt_to_page(high_memory)));
 450 #endif
 451         pr_cont("    memory  : 0x%16lx - 0x%16lx   (%6ld MB)\n",
 452                 MLM(__phys_to_virt(memblock_start_of_DRAM()),
 453                     (unsigned long)high_memory));
 454
 455 #undef MLK
 456 #undef MLM
 457 #undef MLK_ROUNDUP
 458
 459         /*
 460          * Check boundaries twice: Some fundamental inconsistencies can be
 461          * detected at build time already.
 462          */
 463 #ifdef CONFIG_COMPAT
 464         BUILD_BUG_ON(TASK_SIZE_32                       > TASK_SIZE_64);
 465 #endif
 466
 467         /*
 468          * Make sure we chose the upper bound of sizeof(struct page)
 469          * correctly.
 470          */
 471         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct page) > (1 << STRUCT_PAGE_MAX_SHIFT));
 472
 473         if (PAGE_SIZE >= 16384 && get_num_physpages() <= 128) {
 474                 extern int sysctl_overcommit_memory;
 475                 /*
 476                  * On a machine this small we won't get anywhere without
 477                  * overcommit, so turn it on by default.
 478                  */
 479                 sysctl_overcommit_memory = OVERCOMMIT_ALWAYS;
 480         }
 481 }
 482
 483 void free_initmem(void)
 484 {
 485         free_reserved_area(__va(__pa(__init_begin)), __va(__pa(__init_end)),
 486                            0, "unused kernel");
 487         fixup_init();
 488 }
 489
 490 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 491
 492 static int keep_initrd __initdata;
 493
 494 void __init free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 495 {
 496         if (!keep_initrd)
 497                 free_reserved_area((void *)start, (void *)end, 0, "initrd");
 498 }
 499
 500 static int __init keepinitrd_setup(char *__unused)
 501 {
 502         keep_initrd = 1;
 503         return 1;
 504 }
 505
 506 __setup("keepinitrd", keepinitrd_setup);
 507 #endif
 508
 509 /*
 510  * Dump out memory limit information on panic.
 511  */
 512 static int dump_mem_limit(struct notifier_block *self, unsigned long v, void *p)
 513 {
 514         if (memory_limit != (phys_addr_t)ULLONG_MAX) {
 515                 pr_emerg("Memory Limit: %llu MB\n", memory_limit >> 20);
 516         } else {
 517                 pr_emerg("Memory Limit: none\n");
 518         }
 519         return 0;
 520 }
 521
 522 static struct notifier_block mem_limit_notifier = {
 523         .notifier_call = dump_mem_limit,
 524 };
 525
 526 static int __init register_mem_limit_dumper(void)
 527 {
 528         atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list,
 529                                        &mem_limit_notifier);
 530         return 0;
 531 }
 532 __initcall(register_mem_limit_dumper);