arch/x86/mm/pgtable.c

   1 #include <linux/mm.h>
   2 #include <linux/gfp.h>
   3 #include <asm/pgalloc.h>
   4 #include <asm/pgtable.h>
   5 #include <asm/tlb.h>
   6 #include <asm/fixmap.h>
   7
   8 #define PGALLOC_GFP GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK | __GFP_REPEAT | __GFP_ZERO
   9
  10 #ifdef CONFIG_HIGHPTE
  11 #define PGALLOC_USER_GFP __GFP_HIGHMEM
  12 #else
  13 #define PGALLOC_USER_GFP 0
  14 #endif
  15
  16 gfp_t __userpte_alloc_gfp = PGALLOC_GFP | PGALLOC_USER_GFP;
  17
  18 pte_t *pte_alloc_one_kernel(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
  19 {
  20         return (pte_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
  21 }
  22
  23 pgtable_t pte_alloc_one(struct mm_struct *mm, unsigned long address)
  24 {
  25         struct page *pte;
  26
  27         pte = alloc_pages(__userpte_alloc_gfp, 0);
  28         if (pte)
  29                 pgtable_page_ctor(pte);
  30         return pte;
  31 }
  32
  33 static int __init setup_userpte(char *arg)
  34 {
  35         if (!arg)
  36                 return -EINVAL;
  37
  38         /*
  39          * "userpte=nohigh" disables allocation of user pagetables in
  40          * high memory.
  41          */
  42         if (strcmp(arg, "nohigh") == 0)
  43                 __userpte_alloc_gfp &= ~__GFP_HIGHMEM;
  44         else
  45                 return -EINVAL;
  46         return 0;
  47 }
  48 early_param("userpte", setup_userpte);
  49
  50 void ___pte_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, struct page *pte)
  51 {
  52         pgtable_page_dtor(pte);
  53         paravirt_release_pte(page_to_pfn(pte));
  54         tlb_remove_page(tlb, pte);
  55 }
  56
  57 #if PAGETABLE_LEVELS > 2
  58 void ___pmd_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pmd_t *pmd)
  59 {
  60         paravirt_release_pmd(__pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
  61         tlb_remove_page(tlb, virt_to_page(pmd));
  62 }
  63
  64 #if PAGETABLE_LEVELS > 3
  65 void ___pud_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud)
  66 {
  67         paravirt_release_pud(__pa(pud) >> PAGE_SHIFT);
  68         tlb_remove_page(tlb, virt_to_page(pud));
  69 }
  70 #endif  /* PAGETABLE_LEVELS > 3 */
  71 #endif  /* PAGETABLE_LEVELS > 2 */
  72
  73 static inline void pgd_list_add(pgd_t *pgd)
  74 {
  75         struct page *page = virt_to_page(pgd);
  76
  77         list_add(&page->lru, &pgd_list);
  78 }
  79
  80 static inline void pgd_list_del(pgd_t *pgd)
  81 {
  82         struct page *page = virt_to_page(pgd);
  83
  84         list_del(&page->lru);
  85 }
  86
  87 #define UNSHARED_PTRS_PER_PGD                           \
  88         (SHARED_KERNEL_PMD ? KERNEL_PGD_BOUNDARY : PTRS_PER_PGD)
  89
  90 static void pgd_ctor(pgd_t *pgd)
  91 {
  92         /* If the pgd points to a shared pagetable level (either the
  93            ptes in non-PAE, or shared PMD in PAE), then just copy the
  94            references from swapper_pg_dir. */
  95         if (PAGETABLE_LEVELS == 2 ||
  96             (PAGETABLE_LEVELS == 3 && SHARED_KERNEL_PMD) ||
  97             PAGETABLE_LEVELS == 4) {
  98                 clone_pgd_range(pgd + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
  99                                 swapper_pg_dir + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
 100                                 KERNEL_PGD_PTRS);
 101         }
 102
 103         /* list required to sync kernel mapping updates */
 104         if (!SHARED_KERNEL_PMD)
 105                 pgd_list_add(pgd);
 106 }
 107
 108 static void pgd_dtor(pgd_t *pgd)
 109 {
 110         unsigned long flags; /* can be called from interrupt context */
 111
 112         if (SHARED_KERNEL_PMD)
 113                 return;
 114
 115         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 116         pgd_list_del(pgd);
 117         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 118 }
 119
 120 /*
 121  * List of all pgd's needed for non-PAE so it can invalidate entries
 122  * in both cached and uncached pgd's; not needed for PAE since the
 123  * kernel pmd is shared. If PAE were not to share the pmd a similar
 124  * tactic would be needed. This is essentially codepath-based locking
 125  * against pageattr.c; it is the unique case in which a valid change
 126  * of kernel pagetables can't be lazily synchronized by vmalloc faults.
 127  * vmalloc faults work because attached pagetables are never freed.
 128  * -- wli
 129  */
 130
 131 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 132 /*
 133  * In PAE mode, we need to do a cr3 reload (=tlb flush) when
 134  * updating the top-level pagetable entries to guarantee the
 135  * processor notices the update.  Since this is expensive, and
 136  * all 4 top-level entries are used almost immediately in a
 137  * new process's life, we just pre-populate them here.
 138  *
 139  * Also, if we're in a paravirt environment where the kernel pmd is
 140  * not shared between pagetables (!SHARED_KERNEL_PMDS), we allocate
 141  * and initialize the kernel pmds here.
 142  */
 143 #define PREALLOCATED_PMDS       UNSHARED_PTRS_PER_PGD
 144
 145 void pud_populate(struct mm_struct *mm, pud_t *pudp, pmd_t *pmd)
 146 {
 147         paravirt_alloc_pmd(mm, __pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
 148
 149         /* Note: almost everything apart from _PAGE_PRESENT is
 150            reserved at the pmd (PDPT) level. */
 151         set_pud(pudp, __pud(__pa(pmd) | _PAGE_PRESENT));
 152
 153         /*
 154          * According to Intel App note "TLBs, Paging-Structure Caches,
 155          * and Their Invalidation", April 2007, document 317080-001,
 156          * section 8.1: in PAE mode we explicitly have to flush the
 157          * TLB via cr3 if the top-level pgd is changed...
 158          */
 159         if (mm == current->active_mm)
 160                 write_cr3(read_cr3());
 161 }
 162 #else  /* !CONFIG_X86_PAE */
 163
 164 /* No need to prepopulate any pagetable entries in non-PAE modes. */
 165 #define PREALLOCATED_PMDS       0
 166
 167 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
 168
 169 static void free_pmds(pmd_t *pmds[])
 170 {
 171         int i;
 172
 173         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++)
 174                 if (pmds[i])
 175                         free_page((unsigned long)pmds[i]);
 176 }
 177
 178 static int preallocate_pmds(pmd_t *pmds[])
 179 {
 180         int i;
 181         bool failed = false;
 182
 183         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
 184                 pmd_t *pmd = (pmd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 185                 if (pmd == NULL)
 186                         failed = true;
 187                 pmds[i] = pmd;
 188         }
 189
 190         if (failed) {
 191                 free_pmds(pmds);
 192                 return -ENOMEM;
 193         }
 194
 195         return 0;
 196 }
 197
 198 /*
 199  * Mop up any pmd pages which may still be attached to the pgd.
 200  * Normally they will be freed by munmap/exit_mmap, but any pmd we
 201  * preallocate which never got a corresponding vma will need to be
 202  * freed manually.
 203  */
 204 static void pgd_mop_up_pmds(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgdp)
 205 {
 206         int i;
 207
 208         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
 209                 pgd_t pgd = pgdp[i];
 210
 211                 if (pgd_val(pgd) != 0) {
 212                         pmd_t *pmd = (pmd_t *)pgd_page_vaddr(pgd);
 213
 214                         pgdp[i] = native_make_pgd(0);
 215
 216                         paravirt_release_pmd(pgd_val(pgd) >> PAGE_SHIFT);
 217                         pmd_free(mm, pmd);
 218                 }
 219         }
 220 }
 221
 222 static void pgd_prepopulate_pmd(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd, pmd_t *pmds[])
 223 {
 224         pud_t *pud;
 225         unsigned long addr;
 226         int i;
 227
 228         if (PREALLOCATED_PMDS == 0) /* Work around gcc-3.4.x bug */
 229                 return;
 230
 231         pud = pud_offset(pgd, 0);
 232
 233         for (addr = i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS;
 234              i++, pud++, addr += PUD_SIZE) {
 235                 pmd_t *pmd = pmds[i];
 236
 237                 if (i >= KERNEL_PGD_BOUNDARY)
 238                         memcpy(pmd, (pmd_t *)pgd_page_vaddr(swapper_pg_dir[i]),
 239                                sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD);
 240
 241                 pud_populate(mm, pud, pmd);
 242         }
 243 }
 244
 245 pgd_t *pgd_alloc(struct mm_struct *mm)
 246 {
 247         pgd_t *pgd;
 248         pmd_t *pmds[PREALLOCATED_PMDS];
 249         unsigned long flags;
 250
 251         pgd = (pgd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 252
 253         if (pgd == NULL)
 254                 goto out;
 255
 256         mm->pgd = pgd;
 257
 258         if (preallocate_pmds(pmds) != 0)
 259                 goto out_free_pgd;
 260
 261         if (paravirt_pgd_alloc(mm) != 0)
 262                 goto out_free_pmds;
 263
 264         /*
 265          * Make sure that pre-populating the pmds is atomic with
 266          * respect to anything walking the pgd_list, so that they
 267          * never see a partially populated pgd.
 268          */
 269         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 270
 271         pgd_ctor(pgd);
 272         pgd_prepopulate_pmd(mm, pgd, pmds);
 273
 274         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 275
 276         return pgd;
 277
 278 out_free_pmds:
 279         free_pmds(pmds);
 280 out_free_pgd:
 281         free_page((unsigned long)pgd);
 282 out:
 283         return NULL;
 284 }
 285
 286 void pgd_free(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
 287 {
 288         pgd_mop_up_pmds(mm, pgd);
 289         pgd_dtor(pgd);
 290         paravirt_pgd_free(mm, pgd);
 291         free_page((unsigned long)pgd);
 292 }
 293
 294 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 295                           unsigned long address, pte_t *ptep,
 296                           pte_t entry, int dirty)
 297 {
 298         int changed = !pte_same(*ptep, entry);
 299
 300         if (changed && dirty) {
 301                 *ptep = entry;
 302                 pte_update_defer(vma->vm_mm, address, ptep);
 303                 flush_tlb_page(vma, address);
 304         }
 305
 306         return changed;
 307 }
 308
 309 int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
 310                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
 311 {
 312         int ret = 0;
 313
 314         if (pte_young(*ptep))
 315                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
 316                                          (unsigned long *) &ptep->pte);
 317
 318         if (ret)
 319                 pte_update(vma->vm_mm, addr, ptep);
 320
 321         return ret;
 322 }
 323
 324 int ptep_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
 325                            unsigned long address, pte_t *ptep)
 326 {
 327         int young;
 328
 329         young = ptep_test_and_clear_young(vma, address, ptep);
 330         if (young)
 331                 flush_tlb_page(vma, address);
 332
 333         return young;
 334 }
 335
 336 /**
 337  * reserve_top_address - reserves a hole in the top of kernel address space
 338  * @reserve - size of hole to reserve
 339  *
 340  * Can be used to relocate the fixmap area and poke a hole in the top
 341  * of kernel address space to make room for a hypervisor.
 342  */
 343 void __init reserve_top_address(unsigned long reserve)
 344 {
 345 #ifdef CONFIG_X86_32
 346         BUG_ON(fixmaps_set > 0);
 347         printk(KERN_INFO "Reserving virtual address space above 0x%08x\n",
 348                (int)-reserve);
 349         __FIXADDR_TOP = -reserve - PAGE_SIZE;
 350 #endif
 351 }
 352
 353 int fixmaps_set;
 354
 355 void __native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, pte_t pte)
 356 {
 357         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
 358
 359         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 360                 BUG();
 361                 return;
 362         }
 363         set_pte_vaddr(address, pte);
 364         fixmaps_set++;
 365 }
 366
 367 void native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, phys_addr_t phys,
 368                        pgprot_t flags)
 369 {
 370         __native_set_fixmap(idx, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 371 }