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                 return NULL;
  30         if (!pgtable_page_ctor(pte)) {
  31                 __free_page(pte);
  32                 return NULL;
  33         }
  34         return pte;
  35 }
  36
  37 static int __init setup_userpte(char *arg)
  38 {
  39         if (!arg)
  40                 return -EINVAL;
  41
  42         /*
  43          * "userpte=nohigh" disables allocation of user pagetables in
  44          * high memory.
  45          */
  46         if (strcmp(arg, "nohigh") == 0)
  47                 __userpte_alloc_gfp &= ~__GFP_HIGHMEM;
  48         else
  49                 return -EINVAL;
  50         return 0;
  51 }
  52 early_param("userpte", setup_userpte);
  53
  54 void ___pte_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, struct page *pte)
  55 {
  56         pgtable_page_dtor(pte);
  57         paravirt_release_pte(page_to_pfn(pte));
  58         tlb_remove_page(tlb, pte);
  59 }
  60
  61 #if PAGETABLE_LEVELS > 2
  62 void ___pmd_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pmd_t *pmd)
  63 {
  64         struct page *page = virt_to_page(pmd);
  65         paravirt_release_pmd(__pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
  66         /*
  67          * NOTE! For PAE, any changes to the top page-directory-pointer-table
  68          * entries need a full cr3 reload to flush.
  69          */
  70 #ifdef CONFIG_X86_PAE
  71         tlb->need_flush_all = 1;
  72 #endif
  73         pgtable_pmd_page_dtor(page);
  74         tlb_remove_page(tlb, page);
  75 }
  76
  77 #if PAGETABLE_LEVELS > 3
  78 void ___pud_free_tlb(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud)
  79 {
  80         paravirt_release_pud(__pa(pud) >> PAGE_SHIFT);
  81         tlb_remove_page(tlb, virt_to_page(pud));
  82 }
  83 #endif  /* PAGETABLE_LEVELS > 3 */
  84 #endif  /* PAGETABLE_LEVELS > 2 */
  85
  86 static inline void pgd_list_add(pgd_t *pgd)
  87 {
  88         struct page *page = virt_to_page(pgd);
  89
  90         list_add(&page->lru, &pgd_list);
  91 }
  92
  93 static inline void pgd_list_del(pgd_t *pgd)
  94 {
  95         struct page *page = virt_to_page(pgd);
  96
  97         list_del(&page->lru);
  98 }
  99
 100 #define UNSHARED_PTRS_PER_PGD                           \
 101         (SHARED_KERNEL_PMD ? KERNEL_PGD_BOUNDARY : PTRS_PER_PGD)
 102
 103
 104 static void pgd_set_mm(pgd_t *pgd, struct mm_struct *mm)
 105 {
 106         BUILD_BUG_ON(sizeof(virt_to_page(pgd)->index) < sizeof(mm));
 107         virt_to_page(pgd)->index = (pgoff_t)mm;
 108 }
 109
 110 struct mm_struct *pgd_page_get_mm(struct page *page)
 111 {
 112         return (struct mm_struct *)page->index;
 113 }
 114
 115 static void pgd_ctor(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
 116 {
 117         /* If the pgd points to a shared pagetable level (either the
 118            ptes in non-PAE, or shared PMD in PAE), then just copy the
 119            references from swapper_pg_dir. */
 120         if (PAGETABLE_LEVELS == 2 ||
 121             (PAGETABLE_LEVELS == 3 && SHARED_KERNEL_PMD) ||
 122             PAGETABLE_LEVELS == 4) {
 123                 clone_pgd_range(pgd + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
 124                                 swapper_pg_dir + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
 125                                 KERNEL_PGD_PTRS);
 126         }
 127
 128         /* list required to sync kernel mapping updates */
 129         if (!SHARED_KERNEL_PMD) {
 130                 pgd_set_mm(pgd, mm);
 131                 pgd_list_add(pgd);
 132         }
 133 }
 134
 135 static void pgd_dtor(pgd_t *pgd)
 136 {
 137         if (SHARED_KERNEL_PMD)
 138                 return;
 139
 140         spin_lock(&pgd_lock);
 141         pgd_list_del(pgd);
 142         spin_unlock(&pgd_lock);
 143 }
 144
 145 /*
 146  * List of all pgd's needed for non-PAE so it can invalidate entries
 147  * in both cached and uncached pgd's; not needed for PAE since the
 148  * kernel pmd is shared. If PAE were not to share the pmd a similar
 149  * tactic would be needed. This is essentially codepath-based locking
 150  * against pageattr.c; it is the unique case in which a valid change
 151  * of kernel pagetables can't be lazily synchronized by vmalloc faults.
 152  * vmalloc faults work because attached pagetables are never freed.
 153  * -- nyc
 154  */
 155
 156 #ifdef CONFIG_X86_PAE
 157 /*
 158  * In PAE mode, we need to do a cr3 reload (=tlb flush) when
 159  * updating the top-level pagetable entries to guarantee the
 160  * processor notices the update.  Since this is expensive, and
 161  * all 4 top-level entries are used almost immediately in a
 162  * new process's life, we just pre-populate them here.
 163  *
 164  * Also, if we're in a paravirt environment where the kernel pmd is
 165  * not shared between pagetables (!SHARED_KERNEL_PMDS), we allocate
 166  * and initialize the kernel pmds here.
 167  */
 168 #define PREALLOCATED_PMDS       UNSHARED_PTRS_PER_PGD
 169
 170 void pud_populate(struct mm_struct *mm, pud_t *pudp, pmd_t *pmd)
 171 {
 172         paravirt_alloc_pmd(mm, __pa(pmd) >> PAGE_SHIFT);
 173
 174         /* Note: almost everything apart from _PAGE_PRESENT is
 175            reserved at the pmd (PDPT) level. */
 176         set_pud(pudp, __pud(__pa(pmd) | _PAGE_PRESENT));
 177
 178         /*
 179          * According to Intel App note "TLBs, Paging-Structure Caches,
 180          * and Their Invalidation", April 2007, document 317080-001,
 181          * section 8.1: in PAE mode we explicitly have to flush the
 182          * TLB via cr3 if the top-level pgd is changed...
 183          */
 184         flush_tlb_mm(mm);
 185 }
 186 #else  /* !CONFIG_X86_PAE */
 187
 188 /* No need to prepopulate any pagetable entries in non-PAE modes. */
 189 #define PREALLOCATED_PMDS       0
 190
 191 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
 192
 193 static void free_pmds(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmds[])
 194 {
 195         int i;
 196
 197         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++)
 198                 if (pmds[i]) {
 199                         pgtable_pmd_page_dtor(virt_to_page(pmds[i]));
 200                         free_page((unsigned long)pmds[i]);
 201                         mm_dec_nr_pmds(mm);
 202                 }
 203 }
 204
 205 static int preallocate_pmds(struct mm_struct *mm, pmd_t *pmds[])
 206 {
 207         int i;
 208         bool failed = false;
 209
 210         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
 211                 pmd_t *pmd = (pmd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 212                 if (!pmd)
 213                         failed = true;
 214                 if (pmd && !pgtable_pmd_page_ctor(virt_to_page(pmd))) {
 215                         free_page((unsigned long)pmd);
 216                         pmd = NULL;
 217                         failed = true;
 218                 }
 219                 if (pmd)
 220                         mm_inc_nr_pmds(mm);
 221                 pmds[i] = pmd;
 222         }
 223
 224         if (failed) {
 225                 free_pmds(mm, pmds);
 226                 return -ENOMEM;
 227         }
 228
 229         return 0;
 230 }
 231
 232 /*
 233  * Mop up any pmd pages which may still be attached to the pgd.
 234  * Normally they will be freed by munmap/exit_mmap, but any pmd we
 235  * preallocate which never got a corresponding vma will need to be
 236  * freed manually.
 237  */
 238 static void pgd_mop_up_pmds(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgdp)
 239 {
 240         int i;
 241
 242         for(i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++) {
 243                 pgd_t pgd = pgdp[i];
 244
 245                 if (pgd_val(pgd) != 0) {
 246                         pmd_t *pmd = (pmd_t *)pgd_page_vaddr(pgd);
 247
 248                         pgdp[i] = native_make_pgd(0);
 249
 250                         paravirt_release_pmd(pgd_val(pgd) >> PAGE_SHIFT);
 251                         pmd_free(mm, pmd);
 252                         mm_dec_nr_pmds(mm);
 253                 }
 254         }
 255 }
 256
 257 static void pgd_prepopulate_pmd(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd, pmd_t *pmds[])
 258 {
 259         pud_t *pud;
 260         int i;
 261
 262         if (PREALLOCATED_PMDS == 0) /* Work around gcc-3.4.x bug */
 263                 return;
 264
 265         pud = pud_offset(pgd, 0);
 266
 267         for (i = 0; i < PREALLOCATED_PMDS; i++, pud++) {
 268                 pmd_t *pmd = pmds[i];
 269
 270                 if (i >= KERNEL_PGD_BOUNDARY)
 271                         memcpy(pmd, (pmd_t *)pgd_page_vaddr(swapper_pg_dir[i]),
 272                                sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD);
 273
 274                 pud_populate(mm, pud, pmd);
 275         }
 276 }
 277
 278 pgd_t *pgd_alloc(struct mm_struct *mm)
 279 {
 280         pgd_t *pgd;
 281         pmd_t *pmds[PREALLOCATED_PMDS];
 282
 283         pgd = (pgd_t *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
 284
 285         if (pgd == NULL)
 286                 goto out;
 287
 288         mm->pgd = pgd;
 289
 290         if (preallocate_pmds(mm, pmds) != 0)
 291                 goto out_free_pgd;
 292
 293         if (paravirt_pgd_alloc(mm) != 0)
 294                 goto out_free_pmds;
 295
 296         /*
 297          * Make sure that pre-populating the pmds is atomic with
 298          * respect to anything walking the pgd_list, so that they
 299          * never see a partially populated pgd.
 300          */
 301         spin_lock(&pgd_lock);
 302
 303         pgd_ctor(mm, pgd);
 304         pgd_prepopulate_pmd(mm, pgd, pmds);
 305
 306         spin_unlock(&pgd_lock);
 307
 308         return pgd;
 309
 310 out_free_pmds:
 311         free_pmds(mm, pmds);
 312 out_free_pgd:
 313         free_page((unsigned long)pgd);
 314 out:
 315         return NULL;
 316 }
 317
 318 void pgd_free(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
 319 {
 320         pgd_mop_up_pmds(mm, pgd);
 321         pgd_dtor(pgd);
 322         paravirt_pgd_free(mm, pgd);
 323         free_page((unsigned long)pgd);
 324 }
 325
 326 /*
 327  * Used to set accessed or dirty bits in the page table entries
 328  * on other architectures. On x86, the accessed and dirty bits
 329  * are tracked by hardware. However, do_wp_page calls this function
 330  * to also make the pte writeable at the same time the dirty bit is
 331  * set. In that case we do actually need to write the PTE.
 332  */
 333 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 334                           unsigned long address, pte_t *ptep,
 335                           pte_t entry, int dirty)
 336 {
 337         int changed = !pte_same(*ptep, entry);
 338
 339         if (changed && dirty) {
 340                 *ptep = entry;
 341                 pte_update_defer(vma->vm_mm, address, ptep);
 342         }
 343
 344         return changed;
 345 }
 346
 347 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 348 int pmdp_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 349                           unsigned long address, pmd_t *pmdp,
 350                           pmd_t entry, int dirty)
 351 {
 352         int changed = !pmd_same(*pmdp, entry);
 353
 354         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
 355
 356         if (changed && dirty) {
 357                 *pmdp = entry;
 358                 pmd_update_defer(vma->vm_mm, address, pmdp);
 359                 /*
 360                  * We had a write-protection fault here and changed the pmd
 361                  * to to more permissive. No need to flush the TLB for that,
 362                  * #PF is architecturally guaranteed to do that and in the
 363                  * worst-case we'll generate a spurious fault.
 364                  */
 365         }
 366
 367         return changed;
 368 }
 369 #endif
 370
 371 int ptep_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
 372                               unsigned long addr, pte_t *ptep)
 373 {
 374         int ret = 0;
 375
 376         if (pte_young(*ptep))
 377                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
 378                                          (unsigned long *) &ptep->pte);
 379
 380         if (ret)
 381                 pte_update(vma->vm_mm, addr, ptep);
 382
 383         return ret;
 384 }
 385
 386 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 387 int pmdp_test_and_clear_young(struct vm_area_struct *vma,
 388                               unsigned long addr, pmd_t *pmdp)
 389 {
 390         int ret = 0;
 391
 392         if (pmd_young(*pmdp))
 393                 ret = test_and_clear_bit(_PAGE_BIT_ACCESSED,
 394                                          (unsigned long *)pmdp);
 395
 396         if (ret)
 397                 pmd_update(vma->vm_mm, addr, pmdp);
 398
 399         return ret;
 400 }
 401 #endif
 402
 403 int ptep_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
 404                            unsigned long address, pte_t *ptep)
 405 {
 406         /*
 407          * On x86 CPUs, clearing the accessed bit without a TLB flush
 408          * doesn't cause data corruption. [ It could cause incorrect
 409          * page aging and the (mistaken) reclaim of hot pages, but the
 410          * chance of that should be relatively low. ]
 411          *
 412          * So as a performance optimization don't flush the TLB when
 413          * clearing the accessed bit, it will eventually be flushed by
 414          * a context switch or a VM operation anyway. [ In the rare
 415          * event of it not getting flushed for a long time the delay
 416          * shouldn't really matter because there's no real memory
 417          * pressure for swapout to react to. ]
 418          */
 419         return ptep_test_and_clear_young(vma, address, ptep);
 420 }
 421
 422 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 423 int pmdp_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma,
 424                            unsigned long address, pmd_t *pmdp)
 425 {
 426         int young;
 427
 428         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
 429
 430         young = pmdp_test_and_clear_young(vma, address, pmdp);
 431         if (young)
 432                 flush_tlb_range(vma, address, address + HPAGE_PMD_SIZE);
 433
 434         return young;
 435 }
 436
 437 void pmdp_splitting_flush(struct vm_area_struct *vma,
 438                           unsigned long address, pmd_t *pmdp)
 439 {
 440         int set;
 441         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
 442         set = !test_and_set_bit(_PAGE_BIT_SPLITTING,
 443                                 (unsigned long *)pmdp);
 444         if (set) {
 445                 pmd_update(vma->vm_mm, address, pmdp);
 446                 /* need tlb flush only to serialize against gup-fast */
 447                 flush_tlb_range(vma, address, address + HPAGE_PMD_SIZE);
 448         }
 449 }
 450 #endif
 451
 452 /**
 453  * reserve_top_address - reserves a hole in the top of kernel address space
 454  * @reserve - size of hole to reserve
 455  *
 456  * Can be used to relocate the fixmap area and poke a hole in the top
 457  * of kernel address space to make room for a hypervisor.
 458  */
 459 void __init reserve_top_address(unsigned long reserve)
 460 {
 461 #ifdef CONFIG_X86_32
 462         BUG_ON(fixmaps_set > 0);
 463         __FIXADDR_TOP = round_down(-reserve, 1 << PMD_SHIFT) - PAGE_SIZE;
 464         printk(KERN_INFO "Reserving virtual address space above 0x%08lx (rounded to 0x%08lx)\n",
 465                -reserve, __FIXADDR_TOP + PAGE_SIZE);
 466 #endif
 467 }
 468
 469 int fixmaps_set;
 470
 471 void __native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, pte_t pte)
 472 {
 473         unsigned long address = __fix_to_virt(idx);
 474
 475         if (idx >= __end_of_fixed_addresses) {
 476                 BUG();
 477                 return;
 478         }
 479         set_pte_vaddr(address, pte);
 480         fixmaps_set++;
 481 }
 482
 483 void native_set_fixmap(enum fixed_addresses idx, phys_addr_t phys,
 484                        pgprot_t flags)
 485 {
 486         __native_set_fixmap(idx, pfn_pte(phys >> PAGE_SHIFT, flags));
 487 }