arch/powerpc/mm/hugetlbpage.c

   1 /*
   2  * PPC Huge TLB Page Support for Kernel.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2003 David Gibson, IBM Corporation.
   5  * Copyright (C) 2011 Becky Bruce, Freescale Semiconductor
   6  *
   7  * Based on the IA-32 version:
   8  * Copyright (C) 2002, Rohit Seth <rohit.seth@intel.com>
   9  */
  10
  11 #include <linux/mm.h>
  12 #include <linux/io.h>
  13 #include <linux/slab.h>
  14 #include <linux/hugetlb.h>
  15 #include <linux/export.h>
  16 #include <linux/of_fdt.h>
  17 #include <linux/memblock.h>
  18 #include <linux/bootmem.h>
  19 #include <linux/moduleparam.h>
  20 #include <asm/pgtable.h>
  21 #include <asm/pgalloc.h>
  22 #include <asm/tlb.h>
  23 #include <asm/setup.h>
  24 #include <asm/hugetlb.h>
  25
  26 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
  27
  28 #define PAGE_SHIFT_64K  16
  29 #define PAGE_SHIFT_16M  24
  30 #define PAGE_SHIFT_16G  34
  31
  32 unsigned int HPAGE_SHIFT;
  33
  34 /*
  35  * Tracks gpages after the device tree is scanned and before the
  36  * huge_boot_pages list is ready.  On non-Freescale implementations, this is
  37  * just used to track 16G pages and so is a single array.  FSL-based
  38  * implementations may have more than one gpage size, so we need multiple
  39  * arrays
  40  */
  41 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
  42 #define MAX_NUMBER_GPAGES       128
  43 struct psize_gpages {
  44         u64 gpage_list[MAX_NUMBER_GPAGES];
  45         unsigned int nr_gpages;
  46 };
  47 static struct psize_gpages gpage_freearray[MMU_PAGE_COUNT];
  48 #else
  49 #define MAX_NUMBER_GPAGES       1024
  50 static u64 gpage_freearray[MAX_NUMBER_GPAGES];
  51 static unsigned nr_gpages;
  52 #endif
  53
  54 #define hugepd_none(hpd)        ((hpd).pd == 0)
  55
  56 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
  57 /*
  58  * At this point we do the placement change only for BOOK3S 64. This would
  59  * possibly work on other subarchs.
  60  */
  61
  62 /*
  63  * We have PGD_INDEX_SIZ = 12 and PTE_INDEX_SIZE = 8, so that we can have
  64  * 16GB hugepage pte in PGD and 16MB hugepage pte at PMD;
  65  *
  66  * Defined in such a way that we can optimize away code block at build time
  67  * if CONFIG_HUGETLB_PAGE=n.
  68  */
  69 int pmd_huge(pmd_t pmd)
  70 {
  71         /*
  72          * leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
  73          */
  74         return ((pmd_val(pmd) & 0x3) != 0x0);
  75 }
  76
  77 int pud_huge(pud_t pud)
  78 {
  79         /*
  80          * leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
  81          */
  82         return ((pud_val(pud) & 0x3) != 0x0);
  83 }
  84
  85 int pgd_huge(pgd_t pgd)
  86 {
  87         /*
  88          * leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
  89          */
  90         return ((pgd_val(pgd) & 0x3) != 0x0);
  91 }
  92 #else
  93 int pmd_huge(pmd_t pmd)
  94 {
  95         return 0;
  96 }
  97
  98 int pud_huge(pud_t pud)
  99 {
 100         return 0;
 101 }
 102
 103 int pgd_huge(pgd_t pgd)
 104 {
 105         return 0;
 106 }
 107 #endif
 108
 109 pte_t *huge_pte_offset(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 110 {
 111         /* Only called for hugetlbfs pages, hence can ignore THP */
 112         return __find_linux_pte_or_hugepte(mm->pgd, addr, NULL);
 113 }
 114
 115 static int __hugepte_alloc(struct mm_struct *mm, hugepd_t *hpdp,
 116                            unsigned long address, unsigned pdshift, unsigned pshift)
 117 {
 118         struct kmem_cache *cachep;
 119         pte_t *new;
 120
 121 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 122         int i;
 123         int num_hugepd = 1 << (pshift - pdshift);
 124         cachep = hugepte_cache;
 125 #else
 126         cachep = PGT_CACHE(pdshift - pshift);
 127 #endif
 128
 129         new = kmem_cache_zalloc(cachep, GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
 130
 131         BUG_ON(pshift > HUGEPD_SHIFT_MASK);
 132         BUG_ON((unsigned long)new & HUGEPD_SHIFT_MASK);
 133
 134         if (! new)
 135                 return -ENOMEM;
 136
 137         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 138 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 139         /*
 140          * We have multiple higher-level entries that point to the same
 141          * actual pte location.  Fill in each as we go and backtrack on error.
 142          * We need all of these so the DTLB pgtable walk code can find the
 143          * right higher-level entry without knowing if it's a hugepage or not.
 144          */
 145         for (i = 0; i < num_hugepd; i++, hpdp++) {
 146                 if (unlikely(!hugepd_none(*hpdp)))
 147                         break;
 148                 else
 149                         /* We use the old format for PPC_FSL_BOOK3E */
 150                         hpdp->pd = ((unsigned long)new & ~PD_HUGE) | pshift;
 151         }
 152         /* If we bailed from the for loop early, an error occurred, clean up */
 153         if (i < num_hugepd) {
 154                 for (i = i - 1 ; i >= 0; i--, hpdp--)
 155                         hpdp->pd = 0;
 156                 kmem_cache_free(cachep, new);
 157         }
 158 #else
 159         if (!hugepd_none(*hpdp))
 160                 kmem_cache_free(cachep, new);
 161         else {
 162 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 163                 hpdp->pd = (unsigned long)new |
 164                             (shift_to_mmu_psize(pshift) << 2);
 165 #else
 166                 hpdp->pd = ((unsigned long)new & ~PD_HUGE) | pshift;
 167 #endif
 168         }
 169 #endif
 170         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 171         return 0;
 172 }
 173
 174 /*
 175  * These macros define how to determine which level of the page table holds
 176  * the hpdp.
 177  */
 178 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 179 #define HUGEPD_PGD_SHIFT PGDIR_SHIFT
 180 #define HUGEPD_PUD_SHIFT PUD_SHIFT
 181 #else
 182 #define HUGEPD_PGD_SHIFT PUD_SHIFT
 183 #define HUGEPD_PUD_SHIFT PMD_SHIFT
 184 #endif
 185
 186 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 187 /*
 188  * At this point we do the placement change only for BOOK3S 64. This would
 189  * possibly work on other subarchs.
 190  */
 191 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, unsigned long sz)
 192 {
 193         pgd_t *pg;
 194         pud_t *pu;
 195         pmd_t *pm;
 196         hugepd_t *hpdp = NULL;
 197         unsigned pshift = __ffs(sz);
 198         unsigned pdshift = PGDIR_SHIFT;
 199
 200         addr &= ~(sz-1);
 201         pg = pgd_offset(mm, addr);
 202
 203         if (pshift == PGDIR_SHIFT)
 204                 /* 16GB huge page */
 205                 return (pte_t *) pg;
 206         else if (pshift > PUD_SHIFT)
 207                 /*
 208                  * We need to use hugepd table
 209                  */
 210                 hpdp = (hugepd_t *)pg;
 211         else {
 212                 pdshift = PUD_SHIFT;
 213                 pu = pud_alloc(mm, pg, addr);
 214                 if (pshift == PUD_SHIFT)
 215                         return (pte_t *)pu;
 216                 else if (pshift > PMD_SHIFT)
 217                         hpdp = (hugepd_t *)pu;
 218                 else {
 219                         pdshift = PMD_SHIFT;
 220                         pm = pmd_alloc(mm, pu, addr);
 221                         if (pshift == PMD_SHIFT)
 222                                 /* 16MB hugepage */
 223                                 return (pte_t *)pm;
 224                         else
 225                                 hpdp = (hugepd_t *)pm;
 226                 }
 227         }
 228         if (!hpdp)
 229                 return NULL;
 230
 231         BUG_ON(!hugepd_none(*hpdp) && !hugepd_ok(*hpdp));
 232
 233         if (hugepd_none(*hpdp) && __hugepte_alloc(mm, hpdp, addr, pdshift, pshift))
 234                 return NULL;
 235
 236         return hugepte_offset(*hpdp, addr, pdshift);
 237 }
 238
 239 #else
 240
 241 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, unsigned long sz)
 242 {
 243         pgd_t *pg;
 244         pud_t *pu;
 245         pmd_t *pm;
 246         hugepd_t *hpdp = NULL;
 247         unsigned pshift = __ffs(sz);
 248         unsigned pdshift = PGDIR_SHIFT;
 249
 250         addr &= ~(sz-1);
 251
 252         pg = pgd_offset(mm, addr);
 253
 254         if (pshift >= HUGEPD_PGD_SHIFT) {
 255                 hpdp = (hugepd_t *)pg;
 256         } else {
 257                 pdshift = PUD_SHIFT;
 258                 pu = pud_alloc(mm, pg, addr);
 259                 if (pshift >= HUGEPD_PUD_SHIFT) {
 260                         hpdp = (hugepd_t *)pu;
 261                 } else {
 262                         pdshift = PMD_SHIFT;
 263                         pm = pmd_alloc(mm, pu, addr);
 264                         hpdp = (hugepd_t *)pm;
 265                 }
 266         }
 267
 268         if (!hpdp)
 269                 return NULL;
 270
 271         BUG_ON(!hugepd_none(*hpdp) && !hugepd_ok(*hpdp));
 272
 273         if (hugepd_none(*hpdp) && __hugepte_alloc(mm, hpdp, addr, pdshift, pshift))
 274                 return NULL;
 275
 276         return hugepte_offset(*hpdp, addr, pdshift);
 277 }
 278 #endif
 279
 280 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 281 /* Build list of addresses of gigantic pages.  This function is used in early
 282  * boot before the buddy allocator is setup.
 283  */
 284 void add_gpage(u64 addr, u64 page_size, unsigned long number_of_pages)
 285 {
 286         unsigned int idx = shift_to_mmu_psize(__ffs(page_size));
 287         int i;
 288
 289         if (addr == 0)
 290                 return;
 291
 292         gpage_freearray[idx].nr_gpages = number_of_pages;
 293
 294         for (i = 0; i < number_of_pages; i++) {
 295                 gpage_freearray[idx].gpage_list[i] = addr;
 296                 addr += page_size;
 297         }
 298 }
 299
 300 /*
 301  * Moves the gigantic page addresses from the temporary list to the
 302  * huge_boot_pages list.
 303  */
 304 int alloc_bootmem_huge_page(struct hstate *hstate)
 305 {
 306         struct huge_bootmem_page *m;
 307         int idx = shift_to_mmu_psize(huge_page_shift(hstate));
 308         int nr_gpages = gpage_freearray[idx].nr_gpages;
 309
 310         if (nr_gpages == 0)
 311                 return 0;
 312
 313 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 314         /*
 315          * If gpages can be in highmem we can't use the trick of storing the
 316          * data structure in the page; allocate space for this
 317          */
 318         m = memblock_virt_alloc(sizeof(struct huge_bootmem_page), 0);
 319         m->phys = gpage_freearray[idx].gpage_list[--nr_gpages];
 320 #else
 321         m = phys_to_virt(gpage_freearray[idx].gpage_list[--nr_gpages]);
 322 #endif
 323
 324         list_add(&m->list, &huge_boot_pages);
 325         gpage_freearray[idx].nr_gpages = nr_gpages;
 326         gpage_freearray[idx].gpage_list[nr_gpages] = 0;
 327         m->hstate = hstate;
 328
 329         return 1;
 330 }
 331 /*
 332  * Scan the command line hugepagesz= options for gigantic pages; store those in
 333  * a list that we use to allocate the memory once all options are parsed.
 334  */
 335
 336 unsigned long gpage_npages[MMU_PAGE_COUNT];
 337
 338 static int __init do_gpage_early_setup(char *param, char *val,
 339                                        const char *unused, void *arg)
 340 {
 341         static phys_addr_t size;
 342         unsigned long npages;
 343
 344         /*
 345          * The hugepagesz and hugepages cmdline options are interleaved.  We
 346          * use the size variable to keep track of whether or not this was done
 347          * properly and skip over instances where it is incorrect.  Other
 348          * command-line parsing code will issue warnings, so we don't need to.
 349          *
 350          */
 351         if ((strcmp(param, "default_hugepagesz") == 0) ||
 352             (strcmp(param, "hugepagesz") == 0)) {
 353                 size = memparse(val, NULL);
 354         } else if (strcmp(param, "hugepages") == 0) {
 355                 if (size != 0) {
 356                         if (sscanf(val, "%lu", &npages) <= 0)
 357                                 npages = 0;
 358                         if (npages > MAX_NUMBER_GPAGES) {
 359                                 pr_warn("MMU: %lu pages requested for page "
 360                                         "size %llu KB, limiting to "
 361                                         __stringify(MAX_NUMBER_GPAGES) "\n",
 362                                         npages, size / 1024);
 363                                 npages = MAX_NUMBER_GPAGES;
 364                         }
 365                         gpage_npages[shift_to_mmu_psize(__ffs(size))] = npages;
 366                         size = 0;
 367                 }
 368         }
 369         return 0;
 370 }
 371
 372
 373 /*
 374  * This function allocates physical space for pages that are larger than the
 375  * buddy allocator can handle.  We want to allocate these in highmem because
 376  * the amount of lowmem is limited.  This means that this function MUST be
 377  * called before lowmem_end_addr is set up in MMU_init() in order for the lmb
 378  * allocate to grab highmem.
 379  */
 380 void __init reserve_hugetlb_gpages(void)
 381 {
 382         static __initdata char cmdline[COMMAND_LINE_SIZE];
 383         phys_addr_t size, base;
 384         int i;
 385
 386         strlcpy(cmdline, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);
 387         parse_args("hugetlb gpages", cmdline, NULL, 0, 0, 0,
 388                         NULL, &do_gpage_early_setup);
 389
 390         /*
 391          * Walk gpage list in reverse, allocating larger page sizes first.
 392          * Skip over unsupported sizes, or sizes that have 0 gpages allocated.
 393          * When we reach the point in the list where pages are no longer
 394          * considered gpages, we're done.
 395          */
 396         for (i = MMU_PAGE_COUNT-1; i >= 0; i--) {
 397                 if (mmu_psize_defs[i].shift == 0 || gpage_npages[i] == 0)
 398                         continue;
 399                 else if (mmu_psize_to_shift(i) < (MAX_ORDER + PAGE_SHIFT))
 400                         break;
 401
 402                 size = (phys_addr_t)(1ULL << mmu_psize_to_shift(i));
 403                 base = memblock_alloc_base(size * gpage_npages[i], size,
 404                                            MEMBLOCK_ALLOC_ANYWHERE);
 405                 add_gpage(base, size, gpage_npages[i]);
 406         }
 407 }
 408
 409 #else /* !PPC_FSL_BOOK3E */
 410
 411 /* Build list of addresses of gigantic pages.  This function is used in early
 412  * boot before the buddy allocator is setup.
 413  */
 414 void add_gpage(u64 addr, u64 page_size, unsigned long number_of_pages)
 415 {
 416         if (!addr)
 417                 return;
 418         while (number_of_pages > 0) {
 419                 gpage_freearray[nr_gpages] = addr;
 420                 nr_gpages++;
 421                 number_of_pages--;
 422                 addr += page_size;
 423         }
 424 }
 425
 426 /* Moves the gigantic page addresses from the temporary list to the
 427  * huge_boot_pages list.
 428  */
 429 int alloc_bootmem_huge_page(struct hstate *hstate)
 430 {
 431         struct huge_bootmem_page *m;
 432         if (nr_gpages == 0)
 433                 return 0;
 434         m = phys_to_virt(gpage_freearray[--nr_gpages]);
 435         gpage_freearray[nr_gpages] = 0;
 436         list_add(&m->list, &huge_boot_pages);
 437         m->hstate = hstate;
 438         return 1;
 439 }
 440 #endif
 441
 442 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 443 #define HUGEPD_FREELIST_SIZE \
 444         ((PAGE_SIZE - sizeof(struct hugepd_freelist)) / sizeof(pte_t))
 445
 446 struct hugepd_freelist {
 447         struct rcu_head rcu;
 448         unsigned int index;
 449         void *ptes[0];
 450 };
 451
 452 static DEFINE_PER_CPU(struct hugepd_freelist *, hugepd_freelist_cur);
 453
 454 static void hugepd_free_rcu_callback(struct rcu_head *head)
 455 {
 456         struct hugepd_freelist *batch =
 457                 container_of(head, struct hugepd_freelist, rcu);
 458         unsigned int i;
 459
 460         for (i = 0; i < batch->index; i++)
 461                 kmem_cache_free(hugepte_cache, batch->ptes[i]);
 462
 463         free_page((unsigned long)batch);
 464 }
 465
 466 static void hugepd_free(struct mmu_gather *tlb, void *hugepte)
 467 {
 468         struct hugepd_freelist **batchp;
 469
 470         batchp = this_cpu_ptr(&hugepd_freelist_cur);
 471
 472         if (atomic_read(&tlb->mm->mm_users) < 2 ||
 473             cpumask_equal(mm_cpumask(tlb->mm),
 474                           cpumask_of(smp_processor_id()))) {
 475                 kmem_cache_free(hugepte_cache, hugepte);
 476         put_cpu_var(hugepd_freelist_cur);
 477                 return;
 478         }
 479
 480         if (*batchp == NULL) {
 481                 *batchp = (struct hugepd_freelist *)__get_free_page(GFP_ATOMIC);
 482                 (*batchp)->index = 0;
 483         }
 484
 485         (*batchp)->ptes[(*batchp)->index++] = hugepte;
 486         if ((*batchp)->index == HUGEPD_FREELIST_SIZE) {
 487                 call_rcu_sched(&(*batchp)->rcu, hugepd_free_rcu_callback);
 488                 *batchp = NULL;
 489         }
 490         put_cpu_var(hugepd_freelist_cur);
 491 }
 492 #endif
 493
 494 static void free_hugepd_range(struct mmu_gather *tlb, hugepd_t *hpdp, int pdshift,
 495                               unsigned long start, unsigned long end,
 496                               unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 497 {
 498         pte_t *hugepte = hugepd_page(*hpdp);
 499         int i;
 500
 501         unsigned long pdmask = ~((1UL << pdshift) - 1);
 502         unsigned int num_hugepd = 1;
 503
 504 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 505         /* Note: On fsl the hpdp may be the first of several */
 506         num_hugepd = (1 << (hugepd_shift(*hpdp) - pdshift));
 507 #else
 508         unsigned int shift = hugepd_shift(*hpdp);
 509 #endif
 510
 511         start &= pdmask;
 512         if (start < floor)
 513                 return;
 514         if (ceiling) {
 515                 ceiling &= pdmask;
 516                 if (! ceiling)
 517                         return;
 518         }
 519         if (end - 1 > ceiling - 1)
 520                 return;
 521
 522         for (i = 0; i < num_hugepd; i++, hpdp++)
 523                 hpdp->pd = 0;
 524
 525 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 526         hugepd_free(tlb, hugepte);
 527 #else
 528         pgtable_free_tlb(tlb, hugepte, pdshift - shift);
 529 #endif
 530 }
 531
 532 static void hugetlb_free_pmd_range(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud,
 533                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 534                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 535 {
 536         pmd_t *pmd;
 537         unsigned long next;
 538         unsigned long start;
 539
 540         start = addr;
 541         do {
 542                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 543                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 544                 if (!is_hugepd(__hugepd(pmd_val(*pmd)))) {
 545                         /*
 546                          * if it is not hugepd pointer, we should already find
 547                          * it cleared.
 548                          */
 549                         WARN_ON(!pmd_none_or_clear_bad(pmd));
 550                         continue;
 551                 }
 552 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 553                 /*
 554                  * Increment next by the size of the huge mapping since
 555                  * there may be more than one entry at this level for a
 556                  * single hugepage, but all of them point to
 557                  * the same kmem cache that holds the hugepte.
 558                  */
 559                 next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pmd));
 560 #endif
 561                 free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pmd, PMD_SHIFT,
 562                                   addr, next, floor, ceiling);
 563         } while (addr = next, addr != end);
 564
 565         start &= PUD_MASK;
 566         if (start < floor)
 567                 return;
 568         if (ceiling) {
 569                 ceiling &= PUD_MASK;
 570                 if (!ceiling)
 571                         return;
 572         }
 573         if (end - 1 > ceiling - 1)
 574                 return;
 575
 576         pmd = pmd_offset(pud, start);
 577         pud_clear(pud);
 578         pmd_free_tlb(tlb, pmd, start);
 579         mm_dec_nr_pmds(tlb->mm);
 580 }
 581
 582 static void hugetlb_free_pud_range(struct mmu_gather *tlb, pgd_t *pgd,
 583                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 584                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 585 {
 586         pud_t *pud;
 587         unsigned long next;
 588         unsigned long start;
 589
 590         start = addr;
 591         do {
 592                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 593                 next = pud_addr_end(addr, end);
 594                 if (!is_hugepd(__hugepd(pud_val(*pud)))) {
 595                         if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 596                                 continue;
 597                         hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor,
 598                                                ceiling);
 599                 } else {
 600 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 601                         /*
 602                          * Increment next by the size of the huge mapping since
 603                          * there may be more than one entry at this level for a
 604                          * single hugepage, but all of them point to
 605                          * the same kmem cache that holds the hugepte.
 606                          */
 607                         next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pud));
 608 #endif
 609                         free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pud, PUD_SHIFT,
 610                                           addr, next, floor, ceiling);
 611                 }
 612         } while (addr = next, addr != end);
 613
 614         start &= PGDIR_MASK;
 615         if (start < floor)
 616                 return;
 617         if (ceiling) {
 618                 ceiling &= PGDIR_MASK;
 619                 if (!ceiling)
 620                         return;
 621         }
 622         if (end - 1 > ceiling - 1)
 623                 return;
 624
 625         pud = pud_offset(pgd, start);
 626         pgd_clear(pgd);
 627         pud_free_tlb(tlb, pud, start);
 628 }
 629
 630 /*
 631  * This function frees user-level page tables of a process.
 632  */
 633 void hugetlb_free_pgd_range(struct mmu_gather *tlb,
 634                             unsigned long addr, unsigned long end,
 635                             unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 636 {
 637         pgd_t *pgd;
 638         unsigned long next;
 639
 640         /*
 641          * Because there are a number of different possible pagetable
 642          * layouts for hugepage ranges, we limit knowledge of how
 643          * things should be laid out to the allocation path
 644          * (huge_pte_alloc(), above).  Everything else works out the
 645          * structure as it goes from information in the hugepd
 646          * pointers.  That means that we can't here use the
 647          * optimization used in the normal page free_pgd_range(), of
 648          * checking whether we're actually covering a large enough
 649          * range to have to do anything at the top level of the walk
 650          * instead of at the bottom.
 651          *
 652          * To make sense of this, you should probably go read the big
 653          * block comment at the top of the normal free_pgd_range(),
 654          * too.
 655          */
 656
 657         do {
 658                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 659                 pgd = pgd_offset(tlb->mm, addr);
 660                 if (!is_hugepd(__hugepd(pgd_val(*pgd)))) {
 661                         if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 662                                 continue;
 663                         hugetlb_free_pud_range(tlb, pgd, addr, next, floor, ceiling);
 664                 } else {
 665 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 666                         /*
 667                          * Increment next by the size of the huge mapping since
 668                          * there may be more than one entry at the pgd level
 669                          * for a single hugepage, but all of them point to the
 670                          * same kmem cache that holds the hugepte.
 671                          */
 672                         next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pgd));
 673 #endif
 674                         free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pgd, PGDIR_SHIFT,
 675                                           addr, next, floor, ceiling);
 676                 }
 677         } while (addr = next, addr != end);
 678 }
 679
 680 /*
 681  * We are holding mmap_sem, so a parallel huge page collapse cannot run.
 682  * To prevent hugepage split, disable irq.
 683  */
 684 struct page *
 685 follow_huge_addr(struct mm_struct *mm, unsigned long address, int write)
 686 {
 687         pte_t *ptep, pte;
 688         unsigned shift;
 689         unsigned long mask, flags;
 690         struct page *page = ERR_PTR(-EINVAL);
 691
 692         local_irq_save(flags);
 693         ptep = find_linux_pte_or_hugepte(mm->pgd, address, &shift);
 694         if (!ptep)
 695                 goto no_page;
 696         pte = READ_ONCE(*ptep);
 697         /*
 698          * Verify it is a huge page else bail.
 699          * Transparent hugepages are handled by generic code. We can skip them
 700          * here.
 701          */
 702         if (!shift || pmd_trans_huge(__pmd(pte_val(pte))))
 703                 goto no_page;
 704
 705         if (!pte_present(pte)) {
 706                 page = NULL;
 707                 goto no_page;
 708         }
 709         mask = (1UL << shift) - 1;
 710         page = pte_page(pte);
 711         if (page)
 712                 page += (address & mask) / PAGE_SIZE;
 713
 714 no_page:
 715         local_irq_restore(flags);
 716         return page;
 717 }
 718
 719 struct page *
 720 follow_huge_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 721                 pmd_t *pmd, int write)
 722 {
 723         BUG();
 724         return NULL;
 725 }
 726
 727 struct page *
 728 follow_huge_pud(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 729                 pud_t *pud, int write)
 730 {
 731         BUG();
 732         return NULL;
 733 }
 734
 735 static unsigned long hugepte_addr_end(unsigned long addr, unsigned long end,
 736                                       unsigned long sz)
 737 {
 738         unsigned long __boundary = (addr + sz) & ~(sz-1);
 739         return (__boundary - 1 < end - 1) ? __boundary : end;
 740 }
 741
 742 int gup_huge_pd(hugepd_t hugepd, unsigned long addr, unsigned pdshift,
 743                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
 744 {
 745         pte_t *ptep;
 746         unsigned long sz = 1UL << hugepd_shift(hugepd);
 747         unsigned long next;
 748
 749         ptep = hugepte_offset(hugepd, addr, pdshift);
 750         do {
 751                 next = hugepte_addr_end(addr, end, sz);
 752                 if (!gup_hugepte(ptep, sz, addr, end, write, pages, nr))
 753                         return 0;
 754         } while (ptep++, addr = next, addr != end);
 755
 756         return 1;
 757 }
 758
 759 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
 760 unsigned long hugetlb_get_unmapped_area(struct file *file, unsigned long addr,
 761                                         unsigned long len, unsigned long pgoff,
 762                                         unsigned long flags)
 763 {
 764         struct hstate *hstate = hstate_file(file);
 765         int mmu_psize = shift_to_mmu_psize(huge_page_shift(hstate));
 766
 767         return slice_get_unmapped_area(addr, len, flags, mmu_psize, 1);
 768 }
 769 #endif
 770
 771 unsigned long vma_mmu_pagesize(struct vm_area_struct *vma)
 772 {
 773 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
 774         unsigned int psize = get_slice_psize(vma->vm_mm, vma->vm_start);
 775
 776         return 1UL << mmu_psize_to_shift(psize);
 777 #else
 778         if (!is_vm_hugetlb_page(vma))
 779                 return PAGE_SIZE;
 780
 781         return huge_page_size(hstate_vma(vma));
 782 #endif
 783 }
 784
 785 static inline bool is_power_of_4(unsigned long x)
 786 {
 787         if (is_power_of_2(x))
 788                 return (__ilog2(x) % 2) ? false : true;
 789         return false;
 790 }
 791
 792 static int __init add_huge_page_size(unsigned long long size)
 793 {
 794         int shift = __ffs(size);
 795         int mmu_psize;
 796
 797         /* Check that it is a page size supported by the hardware and
 798          * that it fits within pagetable and slice limits. */
 799 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 800         if ((size < PAGE_SIZE) || !is_power_of_4(size))
 801                 return -EINVAL;
 802 #else
 803         if (!is_power_of_2(size)
 804             || (shift > SLICE_HIGH_SHIFT) || (shift <= PAGE_SHIFT))
 805                 return -EINVAL;
 806 #endif
 807
 808         if ((mmu_psize = shift_to_mmu_psize(shift)) < 0)
 809                 return -EINVAL;
 810
 811 #ifdef CONFIG_SPU_FS_64K_LS
 812         /* Disable support for 64K huge pages when 64K SPU local store
 813          * support is enabled as the current implementation conflicts.
 814          */
 815         if (shift == PAGE_SHIFT_64K)
 816                 return -EINVAL;
 817 #endif /* CONFIG_SPU_FS_64K_LS */
 818
 819         BUG_ON(mmu_psize_defs[mmu_psize].shift != shift);
 820
 821         /* Return if huge page size has already been setup */
 822         if (size_to_hstate(size))
 823                 return 0;
 824
 825         hugetlb_add_hstate(shift - PAGE_SHIFT);
 826
 827         return 0;
 828 }
 829
 830 static int __init hugepage_setup_sz(char *str)
 831 {
 832         unsigned long long size;
 833
 834         size = memparse(str, &str);
 835
 836         if (add_huge_page_size(size) != 0)
 837                 printk(KERN_WARNING "Invalid huge page size specified(%llu)\n", size);
 838
 839         return 1;
 840 }
 841 __setup("hugepagesz=", hugepage_setup_sz);
 842
 843 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 844 struct kmem_cache *hugepte_cache;
 845 static int __init hugetlbpage_init(void)
 846 {
 847         int psize;
 848
 849         for (psize = 0; psize < MMU_PAGE_COUNT; ++psize) {
 850                 unsigned shift;
 851
 852                 if (!mmu_psize_defs[psize].shift)
 853                         continue;
 854
 855                 shift = mmu_psize_to_shift(psize);
 856
 857                 /* Don't treat normal page sizes as huge... */
 858                 if (shift != PAGE_SHIFT)
 859                         if (add_huge_page_size(1ULL << shift) < 0)
 860                                 continue;
 861         }
 862
 863         /*
 864          * Create a kmem cache for hugeptes.  The bottom bits in the pte have
 865          * size information encoded in them, so align them to allow this
 866          */
 867         hugepte_cache =  kmem_cache_create("hugepte-cache", sizeof(pte_t),
 868                                            HUGEPD_SHIFT_MASK + 1, 0, NULL);
 869         if (hugepte_cache == NULL)
 870                 panic("%s: Unable to create kmem cache for hugeptes\n",
 871                       __func__);
 872
 873         /* Default hpage size = 4M */
 874         if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_4M].shift)
 875                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_4M].shift;
 876         else
 877                 panic("%s: Unable to set default huge page size\n", __func__);
 878
 879
 880         return 0;
 881 }
 882 #else
 883 static int __init hugetlbpage_init(void)
 884 {
 885         int psize;
 886
 887         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_16M_PAGE))
 888                 return -ENODEV;
 889
 890         for (psize = 0; psize < MMU_PAGE_COUNT; ++psize) {
 891                 unsigned shift;
 892                 unsigned pdshift;
 893
 894                 if (!mmu_psize_defs[psize].shift)
 895                         continue;
 896
 897                 shift = mmu_psize_to_shift(psize);
 898
 899                 if (add_huge_page_size(1ULL << shift) < 0)
 900                         continue;
 901
 902                 if (shift < PMD_SHIFT)
 903                         pdshift = PMD_SHIFT;
 904                 else if (shift < PUD_SHIFT)
 905                         pdshift = PUD_SHIFT;
 906                 else
 907                         pdshift = PGDIR_SHIFT;
 908                 /*
 909                  * if we have pdshift and shift value same, we don't
 910                  * use pgt cache for hugepd.
 911                  */
 912                 if (pdshift != shift) {
 913                         pgtable_cache_add(pdshift - shift, NULL);
 914                         if (!PGT_CACHE(pdshift - shift))
 915                                 panic("hugetlbpage_init(): could not create "
 916                                       "pgtable cache for %d bit pagesize\n", shift);
 917                 }
 918         }
 919
 920         /* Set default large page size. Currently, we pick 16M or 1M
 921          * depending on what is available
 922          */
 923         if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_16M].shift)
 924                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_16M].shift;
 925         else if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_1M].shift)
 926                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_1M].shift;
 927
 928         return 0;
 929 }
 930 #endif
 931 module_init(hugetlbpage_init);
 932
 933 void flush_dcache_icache_hugepage(struct page *page)
 934 {
 935         int i;
 936         void *start;
 937
 938         BUG_ON(!PageCompound(page));
 939
 940         for (i = 0; i < (1UL << compound_order(page)); i++) {
 941                 if (!PageHighMem(page)) {
 942                         __flush_dcache_icache(page_address(page+i));
 943                 } else {
 944                         start = kmap_atomic(page+i);
 945                         __flush_dcache_icache(start);
 946                         kunmap_atomic(start);
 947                 }
 948         }
 949 }
 950
 951 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 952
 953 /*
 954  * We have 4 cases for pgds and pmds:
 955  * (1) invalid (all zeroes)
 956  * (2) pointer to next table, as normal; bottom 6 bits == 0
 957  * (3) leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
 958  * (4) hugepd pointer, bottom two bits == 00, next 4 bits indicate size of table
 959  *
 960  * So long as we atomically load page table pointers we are safe against teardown,
 961  * we can follow the address down to the the page and take a ref on it.
 962  * This function need to be called with interrupts disabled. We use this variant
 963  * when we have MSR[EE] = 0 but the paca->soft_enabled = 1
 964  */
 965
 966 pte_t *__find_linux_pte_or_hugepte(pgd_t *pgdir, unsigned long ea,
 967                                    unsigned *shift)
 968 {
 969         pgd_t pgd, *pgdp;
 970         pud_t pud, *pudp;
 971         pmd_t pmd, *pmdp;
 972         pte_t *ret_pte;
 973         hugepd_t *hpdp = NULL;
 974         unsigned pdshift = PGDIR_SHIFT;
 975
 976         if (shift)
 977                 *shift = 0;
 978
 979         pgdp = pgdir + pgd_index(ea);
 980         pgd  = READ_ONCE(*pgdp);
 981         /*
 982          * Always operate on the local stack value. This make sure the
 983          * value don't get updated by a parallel THP split/collapse,
 984          * page fault or a page unmap. The return pte_t * is still not
 985          * stable. So should be checked there for above conditions.
 986          */
 987         if (pgd_none(pgd))
 988                 return NULL;
 989         else if (pgd_huge(pgd)) {
 990                 ret_pte = (pte_t *) pgdp;
 991                 goto out;
 992         } else if (is_hugepd(__hugepd(pgd_val(pgd))))
 993                 hpdp = (hugepd_t *)&pgd;
 994         else {
 995                 /*
 996                  * Even if we end up with an unmap, the pgtable will not
 997                  * be freed, because we do an rcu free and here we are
 998                  * irq disabled
 999                  */
1000                 pdshift = PUD_SHIFT;
1001                 pudp = pud_offset(&pgd, ea);
1002                 pud  = READ_ONCE(*pudp);
1003
1004                 if (pud_none(pud))
1005                         return NULL;
1006                 else if (pud_huge(pud)) {
1007                         ret_pte = (pte_t *) pudp;
1008                         goto out;
1009                 } else if (is_hugepd(__hugepd(pud_val(pud))))
1010                         hpdp = (hugepd_t *)&pud;
1011                 else {
1012                         pdshift = PMD_SHIFT;
1013                         pmdp = pmd_offset(&pud, ea);
1014                         pmd  = READ_ONCE(*pmdp);
1015                         /*
1016                          * A hugepage collapse is captured by pmd_none, because
1017                          * it mark the pmd none and do a hpte invalidate.
1018                          *
1019                          * We don't worry about pmd_trans_splitting here, The
1020                          * caller if it needs to handle the splitting case
1021                          * should check for that.
1022                          */
1023                         if (pmd_none(pmd))
1024                                 return NULL;
1025
1026                         if (pmd_huge(pmd) || pmd_large(pmd)) {
1027                                 ret_pte = (pte_t *) pmdp;
1028                                 goto out;
1029                         } else if (is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmd))))
1030                                 hpdp = (hugepd_t *)&pmd;
1031                         else
1032                                 return pte_offset_kernel(&pmd, ea);
1033                 }
1034         }
1035         if (!hpdp)
1036                 return NULL;
1037
1038         ret_pte = hugepte_offset(*hpdp, ea, pdshift);
1039         pdshift = hugepd_shift(*hpdp);
1040 out:
1041         if (shift)
1042                 *shift = pdshift;
1043         return ret_pte;
1044 }
1045 EXPORT_SYMBOL_GPL(__find_linux_pte_or_hugepte);
1046
1047 int gup_hugepte(pte_t *ptep, unsigned long sz, unsigned long addr,
1048                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
1049 {
1050         unsigned long mask;
1051         unsigned long pte_end;
1052         struct page *head, *page, *tail;
1053         pte_t pte;
1054         int refs;
1055
1056         pte_end = (addr + sz) & ~(sz-1);
1057         if (pte_end < end)
1058                 end = pte_end;
1059
1060         pte = READ_ONCE(*ptep);
1061         mask = _PAGE_PRESENT | _PAGE_USER;
1062         if (write)
1063                 mask |= _PAGE_RW;
1064
1065         if ((pte_val(pte) & mask) != mask)
1066                 return 0;
1067
1068         /* hugepages are never "special" */
1069         VM_BUG_ON(!pfn_valid(pte_pfn(pte)));
1070
1071         refs = 0;
1072         head = pte_page(pte);
1073
1074         page = head + ((addr & (sz-1)) >> PAGE_SHIFT);
1075         tail = page;
1076         do {
1077                 VM_BUG_ON(compound_head(page) != head);
1078                 pages[*nr] = page;
1079                 (*nr)++;
1080                 page++;
1081                 refs++;
1082         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1083
1084         if (!page_cache_add_speculative(head, refs)) {
1085                 *nr -= refs;
1086                 return 0;
1087         }
1088
1089         if (unlikely(pte_val(pte) != pte_val(*ptep))) {
1090                 /* Could be optimized better */
1091                 *nr -= refs;
1092                 while (refs--)
1093                         put_page(head);
1094                 return 0;
1095         }
1096
1097         /*
1098          * Any tail page need their mapcount reference taken before we
1099          * return.
1100          */
1101         while (refs--) {
1102                 if (PageTail(tail))
1103                         get_huge_page_tail(tail);
1104                 tail++;
1105         }
1106
1107         return 1;
1108 }