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
  20 unsigned long __initdata pgt_buf_start;
  21 unsigned long __meminitdata pgt_buf_end;
  22 unsigned long __meminitdata pgt_buf_top;
  23
  24 int after_bootmem;
  25
  26 int direct_gbpages
  27 #ifdef CONFIG_DIRECT_GBPAGES
  28                                 = 1
  29 #endif
  30 ;
  31
  32 struct map_range {
  33         unsigned long start;
  34         unsigned long end;
  35         unsigned page_size_mask;
  36 };
  37
  38 static void __init find_early_table_space(struct map_range *mr, unsigned long end,
  39                                           int use_pse, int use_gbpages)
  40 {
  41         unsigned long puds, pmds, ptes, tables, start = 0, good_end = end;
  42         phys_addr_t base;
  43
  44         puds = (end + PUD_SIZE - 1) >> PUD_SHIFT;
  45         tables = roundup(puds * sizeof(pud_t), PAGE_SIZE);
  46
  47         if (use_gbpages) {
  48                 unsigned long extra;
  49
  50                 extra = end - ((end>>PUD_SHIFT) << PUD_SHIFT);
  51                 pmds = (extra + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
  52         } else
  53                 pmds = (end + PMD_SIZE - 1) >> PMD_SHIFT;
  54
  55         tables += roundup(pmds * sizeof(pmd_t), PAGE_SIZE);
  56
  57         if (use_pse) {
  58                 unsigned long extra;
  59
  60                 extra = end - ((end>>PMD_SHIFT) << PMD_SHIFT);
  61 #ifdef CONFIG_X86_32
  62                 extra += PMD_SIZE;
  63 #endif
  64                 /* The first 2/4M doesn't use large pages. */
  65                 extra += mr->end - mr->start;
  66
  67                 ptes = (extra + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
  68         } else
  69                 ptes = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
  70
  71         tables += roundup(ptes * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);
  72
  73 #ifdef CONFIG_X86_32
  74         /* for fixmap */
  75         tables += roundup(__end_of_fixed_addresses * sizeof(pte_t), PAGE_SIZE);
  76 #endif
  77         good_end = max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT;
  78
  79         base = memblock_find_in_range(start, good_end, tables, PAGE_SIZE);
  80         if (!base)
  81                 panic("Cannot find space for the kernel page tables");
  82
  83         pgt_buf_start = base >> PAGE_SHIFT;
  84         pgt_buf_end = pgt_buf_start;
  85         pgt_buf_top = pgt_buf_start + (tables >> PAGE_SHIFT);
  86
  87         printk(KERN_DEBUG "kernel direct mapping tables up to %#lx @ [mem %#010lx-%#010lx]\n",
  88                 end - 1, pgt_buf_start << PAGE_SHIFT,
  89                 (pgt_buf_top << PAGE_SHIFT) - 1);
  90 }
  91
  92 void __init native_pagetable_reserve(u64 start, u64 end)
  93 {
  94         memblock_reserve(start, end - start);
  95 }
  96
  97 #ifdef CONFIG_X86_32
  98 #define NR_RANGE_MR 3
  99 #else /* CONFIG_X86_64 */
 100 #define NR_RANGE_MR 5
 101 #endif
 102
 103 static int __meminit save_mr(struct map_range *mr, int nr_range,
 104                              unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
 105                              unsigned long page_size_mask)
 106 {
 107         if (start_pfn < end_pfn) {
 108                 if (nr_range >= NR_RANGE_MR)
 109                         panic("run out of range for init_memory_mapping\n");
 110                 mr[nr_range].start = start_pfn<<PAGE_SHIFT;
 111                 mr[nr_range].end   = end_pfn<<PAGE_SHIFT;
 112                 mr[nr_range].page_size_mask = page_size_mask;
 113                 nr_range++;
 114         }
 115
 116         return nr_range;
 117 }
 118
 119 /*
 120  * Setup the direct mapping of the physical memory at PAGE_OFFSET.
 121  * This runs before bootmem is initialized and gets pages directly from
 122  * the physical memory. To access them they are temporarily mapped.
 123  */
 124 unsigned long __init_refok init_memory_mapping(unsigned long start,
 125                                                unsigned long end)
 126 {
 127         unsigned long page_size_mask = 0;
 128         unsigned long start_pfn, end_pfn;
 129         unsigned long ret = 0;
 130         unsigned long pos;
 131
 132         struct map_range mr[NR_RANGE_MR];
 133         int nr_range, i;
 134         int use_pse, use_gbpages;
 135
 136         printk(KERN_INFO "init_memory_mapping: [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 137                start, end - 1);
 138
 139 #if defined(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) || defined(CONFIG_KMEMCHECK)
 140         /*
 141          * For CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC, identity mapping will use small pages.
 142          * This will simplify cpa(), which otherwise needs to support splitting
 143          * large pages into small in interrupt context, etc.
 144          */
 145         use_pse = use_gbpages = 0;
 146 #else
 147         use_pse = cpu_has_pse;
 148         use_gbpages = direct_gbpages;
 149 #endif
 150
 151         /* Enable PSE if available */
 152         if (cpu_has_pse)
 153                 set_in_cr4(X86_CR4_PSE);
 154
 155         /* Enable PGE if available */
 156         if (cpu_has_pge) {
 157                 set_in_cr4(X86_CR4_PGE);
 158                 __supported_pte_mask |= _PAGE_GLOBAL;
 159         }
 160
 161         if (use_gbpages)
 162                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_1G;
 163         if (use_pse)
 164                 page_size_mask |= 1 << PG_LEVEL_2M;
 165
 166         memset(mr, 0, sizeof(mr));
 167         nr_range = 0;
 168
 169         /* head if not big page alignment ? */
 170         start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 171         pos = start_pfn << PAGE_SHIFT;
 172 #ifdef CONFIG_X86_32
 173         /*
 174          * Don't use a large page for the first 2/4MB of memory
 175          * because there are often fixed size MTRRs in there
 176          * and overlapping MTRRs into large pages can cause
 177          * slowdowns.
 178          */
 179         if (pos == 0)
 180                 end_pfn = 1<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 181         else
 182                 end_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 183                                  << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 184 #else /* CONFIG_X86_64 */
 185         end_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1)) >> PMD_SHIFT)
 186                         << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 187 #endif
 188         if (end_pfn > (end >> PAGE_SHIFT))
 189                 end_pfn = end >> PAGE_SHIFT;
 190         if (start_pfn < end_pfn) {
 191                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 192                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 193         }
 194
 195         /* big page (2M) range */
 196         start_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 197                          << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 198 #ifdef CONFIG_X86_32
 199         end_pfn = (end>>PMD_SHIFT) << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 200 #else /* CONFIG_X86_64 */
 201         end_pfn = ((pos + (PUD_SIZE - 1))>>PUD_SHIFT)
 202                          << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 203         if (end_pfn > ((end>>PMD_SHIFT)<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT)))
 204                 end_pfn = ((end>>PMD_SHIFT)<<(PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT));
 205 #endif
 206
 207         if (start_pfn < end_pfn) {
 208                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 209                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 210                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 211         }
 212
 213 #ifdef CONFIG_X86_64
 214         /* big page (1G) range */
 215         start_pfn = ((pos + (PUD_SIZE - 1))>>PUD_SHIFT)
 216                          << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 217         end_pfn = (end >> PUD_SHIFT) << (PUD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 218         if (start_pfn < end_pfn) {
 219                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 220                                 page_size_mask &
 221                                  ((1<<PG_LEVEL_2M)|(1<<PG_LEVEL_1G)));
 222                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 223         }
 224
 225         /* tail is not big page (1G) alignment */
 226         start_pfn = ((pos + (PMD_SIZE - 1))>>PMD_SHIFT)
 227                          << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 228         end_pfn = (end >> PMD_SHIFT) << (PMD_SHIFT - PAGE_SHIFT);
 229         if (start_pfn < end_pfn) {
 230                 nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn,
 231                                 page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M));
 232                 pos = end_pfn << PAGE_SHIFT;
 233         }
 234 #endif
 235
 236         /* tail is not big page (2M) alignment */
 237         start_pfn = pos>>PAGE_SHIFT;
 238         end_pfn = end>>PAGE_SHIFT;
 239         nr_range = save_mr(mr, nr_range, start_pfn, end_pfn, 0);
 240
 241         /* try to merge same page size and continuous */
 242         for (i = 0; nr_range > 1 && i < nr_range - 1; i++) {
 243                 unsigned long old_start;
 244                 if (mr[i].end != mr[i+1].start ||
 245                     mr[i].page_size_mask != mr[i+1].page_size_mask)
 246                         continue;
 247                 /* move it */
 248                 old_start = mr[i].start;
 249                 memmove(&mr[i], &mr[i+1],
 250                         (nr_range - 1 - i) * sizeof(struct map_range));
 251                 mr[i--].start = old_start;
 252                 nr_range--;
 253         }
 254
 255         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 256                 printk(KERN_DEBUG " [mem %#010lx-%#010lx] page %s\n",
 257                                 mr[i].start, mr[i].end - 1,
 258                         (mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_1G))?"1G":(
 259                          (mr[i].page_size_mask & (1<<PG_LEVEL_2M))?"2M":"4k"));
 260
 261         /*
 262          * Find space for the kernel direct mapping tables.
 263          *
 264          * Later we should allocate these tables in the local node of the
 265          * memory mapped. Unfortunately this is done currently before the
 266          * nodes are discovered.
 267          */
 268         if (!after_bootmem)
 269                 find_early_table_space(&mr[0], end, use_pse, use_gbpages);
 270
 271         for (i = 0; i < nr_range; i++)
 272                 ret = kernel_physical_mapping_init(mr[i].start, mr[i].end,
 273                                                    mr[i].page_size_mask);
 274
 275 #ifdef CONFIG_X86_32
 276         early_ioremap_page_table_range_init();
 277
 278         load_cr3(swapper_pg_dir);
 279 #endif
 280
 281         __flush_tlb_all();
 282
 283         /*
 284          * Reserve the kernel pagetable pages we used (pgt_buf_start -
 285          * pgt_buf_end) and free the other ones (pgt_buf_end - pgt_buf_top)
 286          * so that they can be reused for other purposes.
 287          *
 288          * On native it just means calling memblock_reserve, on Xen it also
 289          * means marking RW the pagetable pages that we allocated before
 290          * but that haven't been used.
 291          *
 292          * In fact on xen we mark RO the whole range pgt_buf_start -
 293          * pgt_buf_top, because we have to make sure that when
 294          * init_memory_mapping reaches the pagetable pages area, it maps
 295          * RO all the pagetable pages, including the ones that are beyond
 296          * pgt_buf_end at that time.
 297          */
 298         if (!after_bootmem && pgt_buf_end > pgt_buf_start)
 299                 x86_init.mapping.pagetable_reserve(PFN_PHYS(pgt_buf_start),
 300                                 PFN_PHYS(pgt_buf_end));
 301
 302         if (!after_bootmem)
 303                 early_memtest(start, end);
 304
 305         return ret >> PAGE_SHIFT;
 306 }
 307
 308
 309 /*
 310  * devmem_is_allowed() checks to see if /dev/mem access to a certain address
 311  * is valid. The argument is a physical page number.
 312  *
 313  *
 314  * On x86, access has to be given to the first megabyte of ram because that area
 315  * contains bios code and data regions used by X and dosemu and similar apps.
 316  * Access has to be given to non-kernel-ram areas as well, these contain the PCI
 317  * mmio resources as well as potential bios/acpi data regions.
 318  */
 319 int devmem_is_allowed(unsigned long pagenr)
 320 {
 321         if (pagenr <= 256)
 322                 return 1;
 323         if (iomem_is_exclusive(pagenr << PAGE_SHIFT))
 324                 return 0;
 325         if (!page_is_ram(pagenr))
 326                 return 1;
 327         return 0;
 328 }
 329
 330 void free_init_pages(char *what, unsigned long begin, unsigned long end)
 331 {
 332         unsigned long addr;
 333         unsigned long begin_aligned, end_aligned;
 334
 335         /* Make sure boundaries are page aligned */
 336         begin_aligned = PAGE_ALIGN(begin);
 337         end_aligned   = end & PAGE_MASK;
 338
 339         if (WARN_ON(begin_aligned != begin || end_aligned != end)) {
 340                 begin = begin_aligned;
 341                 end   = end_aligned;
 342         }
 343
 344         if (begin >= end)
 345                 return;
 346
 347         addr = begin;
 348
 349         /*
 350          * If debugging page accesses then do not free this memory but
 351          * mark them not present - any buggy init-section access will
 352          * create a kernel page fault:
 353          */
 354 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
 355         printk(KERN_INFO "debug: unmapping init [mem %#010lx-%#010lx]\n",
 356                 begin, end - 1);
 357         set_memory_np(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 358 #else
 359         /*
 360          * We just marked the kernel text read only above, now that
 361          * we are going to free part of that, we need to make that
 362          * writeable and non-executable first.
 363          */
 364         set_memory_nx(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 365         set_memory_rw(begin, (end - begin) >> PAGE_SHIFT);
 366
 367         printk(KERN_INFO "Freeing %s: %luk freed\n", what, (end - begin) >> 10);
 368
 369         for (; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 370                 ClearPageReserved(virt_to_page(addr));
 371                 init_page_count(virt_to_page(addr));
 372                 memset((void *)addr, POISON_FREE_INITMEM, PAGE_SIZE);
 373                 free_page(addr);
 374                 totalram_pages++;
 375         }
 376 #endif
 377 }
 378
 379 void free_initmem(void)
 380 {
 381         free_init_pages("unused kernel memory",
 382                         (unsigned long)(&__init_begin),
 383                         (unsigned long)(&__init_end));
 384 }
 385
 386 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
 387 void free_initrd_mem(unsigned long start, unsigned long end)
 388 {
 389         /*
 390          * end could be not aligned, and We can not align that,
 391          * decompresser could be confused by aligned initrd_end
 392          * We already reserve the end partial page before in
 393          *   - i386_start_kernel()
 394          *   - x86_64_start_kernel()
 395          *   - relocate_initrd()
 396          * So here We can do PAGE_ALIGN() safely to get partial page to be freed
 397          */
 398         free_init_pages("initrd memory", start, PAGE_ALIGN(end));
 399 }
 400 #endif
 401
 402 void __init zone_sizes_init(void)
 403 {
 404         unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 405
 406         memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
 407
 408 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 409         max_zone_pfns[ZONE_DMA]         = MAX_DMA_PFN;
 410 #endif
 411 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 412         max_zone_pfns[ZONE_DMA32]       = MAX_DMA32_PFN;
 413 #endif
 414         max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]      = max_low_pfn;
 415 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 416         max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]     = max_pfn;
 417 #endif
 418
 419         free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
 420 }
 421