kernel/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)
 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                         &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 int huge_pmd_unshare(struct mm_struct *mm, unsigned long *addr, pte_t *ptep)
 443 {
 444         return 0;
 445 }
 446
 447 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 448 #define HUGEPD_FREELIST_SIZE \
 449         ((PAGE_SIZE - sizeof(struct hugepd_freelist)) / sizeof(pte_t))
 450
 451 struct hugepd_freelist {
 452         struct rcu_head rcu;
 453         unsigned int index;
 454         void *ptes[0];
 455 };
 456
 457 static DEFINE_PER_CPU(struct hugepd_freelist *, hugepd_freelist_cur);
 458
 459 static void hugepd_free_rcu_callback(struct rcu_head *head)
 460 {
 461         struct hugepd_freelist *batch =
 462                 container_of(head, struct hugepd_freelist, rcu);
 463         unsigned int i;
 464
 465         for (i = 0; i < batch->index; i++)
 466                 kmem_cache_free(hugepte_cache, batch->ptes[i]);
 467
 468         free_page((unsigned long)batch);
 469 }
 470
 471 static void hugepd_free(struct mmu_gather *tlb, void *hugepte)
 472 {
 473         struct hugepd_freelist **batchp;
 474
 475         batchp = this_cpu_ptr(&hugepd_freelist_cur);
 476
 477         if (atomic_read(&tlb->mm->mm_users) < 2 ||
 478             cpumask_equal(mm_cpumask(tlb->mm),
 479                           cpumask_of(smp_processor_id()))) {
 480                 kmem_cache_free(hugepte_cache, hugepte);
 481         put_cpu_var(hugepd_freelist_cur);
 482                 return;
 483         }
 484
 485         if (*batchp == NULL) {
 486                 *batchp = (struct hugepd_freelist *)__get_free_page(GFP_ATOMIC);
 487                 (*batchp)->index = 0;
 488         }
 489
 490         (*batchp)->ptes[(*batchp)->index++] = hugepte;
 491         if ((*batchp)->index == HUGEPD_FREELIST_SIZE) {
 492                 call_rcu_sched(&(*batchp)->rcu, hugepd_free_rcu_callback);
 493                 *batchp = NULL;
 494         }
 495         put_cpu_var(hugepd_freelist_cur);
 496 }
 497 #endif
 498
 499 static void free_hugepd_range(struct mmu_gather *tlb, hugepd_t *hpdp, int pdshift,
 500                               unsigned long start, unsigned long end,
 501                               unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 502 {
 503         pte_t *hugepte = hugepd_page(*hpdp);
 504         int i;
 505
 506         unsigned long pdmask = ~((1UL << pdshift) - 1);
 507         unsigned int num_hugepd = 1;
 508
 509 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 510         /* Note: On fsl the hpdp may be the first of several */
 511         num_hugepd = (1 << (hugepd_shift(*hpdp) - pdshift));
 512 #else
 513         unsigned int shift = hugepd_shift(*hpdp);
 514 #endif
 515
 516         start &= pdmask;
 517         if (start < floor)
 518                 return;
 519         if (ceiling) {
 520                 ceiling &= pdmask;
 521                 if (! ceiling)
 522                         return;
 523         }
 524         if (end - 1 > ceiling - 1)
 525                 return;
 526
 527         for (i = 0; i < num_hugepd; i++, hpdp++)
 528                 hpdp->pd = 0;
 529
 530 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 531         hugepd_free(tlb, hugepte);
 532 #else
 533         pgtable_free_tlb(tlb, hugepte, pdshift - shift);
 534 #endif
 535 }
 536
 537 static void hugetlb_free_pmd_range(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud,
 538                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 539                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 540 {
 541         pmd_t *pmd;
 542         unsigned long next;
 543         unsigned long start;
 544
 545         start = addr;
 546         do {
 547                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 548                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 549                 if (!is_hugepd(__hugepd(pmd_val(*pmd)))) {
 550                         /*
 551                          * if it is not hugepd pointer, we should already find
 552                          * it cleared.
 553                          */
 554                         WARN_ON(!pmd_none_or_clear_bad(pmd));
 555                         continue;
 556                 }
 557 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 558                 /*
 559                  * Increment next by the size of the huge mapping since
 560                  * there may be more than one entry at this level for a
 561                  * single hugepage, but all of them point to
 562                  * the same kmem cache that holds the hugepte.
 563                  */
 564                 next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pmd));
 565 #endif
 566                 free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pmd, PMD_SHIFT,
 567                                   addr, next, floor, ceiling);
 568         } while (addr = next, addr != end);
 569
 570         start &= PUD_MASK;
 571         if (start < floor)
 572                 return;
 573         if (ceiling) {
 574                 ceiling &= PUD_MASK;
 575                 if (!ceiling)
 576                         return;
 577         }
 578         if (end - 1 > ceiling - 1)
 579                 return;
 580
 581         pmd = pmd_offset(pud, start);
 582         pud_clear(pud);
 583         pmd_free_tlb(tlb, pmd, start);
 584         mm_dec_nr_pmds(tlb->mm);
 585 }
 586
 587 static void hugetlb_free_pud_range(struct mmu_gather *tlb, pgd_t *pgd,
 588                                    unsigned long addr, unsigned long end,
 589                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 590 {
 591         pud_t *pud;
 592         unsigned long next;
 593         unsigned long start;
 594
 595         start = addr;
 596         do {
 597                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 598                 next = pud_addr_end(addr, end);
 599                 if (!is_hugepd(__hugepd(pud_val(*pud)))) {
 600                         if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 601                                 continue;
 602                         hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor,
 603                                                ceiling);
 604                 } else {
 605 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 606                         /*
 607                          * Increment next by the size of the huge mapping since
 608                          * there may be more than one entry at this level for a
 609                          * single hugepage, but all of them point to
 610                          * the same kmem cache that holds the hugepte.
 611                          */
 612                         next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pud));
 613 #endif
 614                         free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pud, PUD_SHIFT,
 615                                           addr, next, floor, ceiling);
 616                 }
 617         } while (addr = next, addr != end);
 618
 619         start &= PGDIR_MASK;
 620         if (start < floor)
 621                 return;
 622         if (ceiling) {
 623                 ceiling &= PGDIR_MASK;
 624                 if (!ceiling)
 625                         return;
 626         }
 627         if (end - 1 > ceiling - 1)
 628                 return;
 629
 630         pud = pud_offset(pgd, start);
 631         pgd_clear(pgd);
 632         pud_free_tlb(tlb, pud, start);
 633 }
 634
 635 /*
 636  * This function frees user-level page tables of a process.
 637  */
 638 void hugetlb_free_pgd_range(struct mmu_gather *tlb,
 639                             unsigned long addr, unsigned long end,
 640                             unsigned long floor, unsigned long ceiling)
 641 {
 642         pgd_t *pgd;
 643         unsigned long next;
 644
 645         /*
 646          * Because there are a number of different possible pagetable
 647          * layouts for hugepage ranges, we limit knowledge of how
 648          * things should be laid out to the allocation path
 649          * (huge_pte_alloc(), above).  Everything else works out the
 650          * structure as it goes from information in the hugepd
 651          * pointers.  That means that we can't here use the
 652          * optimization used in the normal page free_pgd_range(), of
 653          * checking whether we're actually covering a large enough
 654          * range to have to do anything at the top level of the walk
 655          * instead of at the bottom.
 656          *
 657          * To make sense of this, you should probably go read the big
 658          * block comment at the top of the normal free_pgd_range(),
 659          * too.
 660          */
 661
 662         do {
 663                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 664                 pgd = pgd_offset(tlb->mm, addr);
 665                 if (!is_hugepd(__hugepd(pgd_val(*pgd)))) {
 666                         if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 667                                 continue;
 668                         hugetlb_free_pud_range(tlb, pgd, addr, next, floor, ceiling);
 669                 } else {
 670 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 671                         /*
 672                          * Increment next by the size of the huge mapping since
 673                          * there may be more than one entry at the pgd level
 674                          * for a single hugepage, but all of them point to the
 675                          * same kmem cache that holds the hugepte.
 676                          */
 677                         next = addr + (1 << hugepd_shift(*(hugepd_t *)pgd));
 678 #endif
 679                         free_hugepd_range(tlb, (hugepd_t *)pgd, PGDIR_SHIFT,
 680                                           addr, next, floor, ceiling);
 681                 }
 682         } while (addr = next, addr != end);
 683 }
 684
 685 /*
 686  * We are holding mmap_sem, so a parallel huge page collapse cannot run.
 687  * To prevent hugepage split, disable irq.
 688  */
 689 struct page *
 690 follow_huge_addr(struct mm_struct *mm, unsigned long address, int write)
 691 {
 692         pte_t *ptep, pte;
 693         unsigned shift;
 694         unsigned long mask, flags;
 695         struct page *page = ERR_PTR(-EINVAL);
 696
 697         local_irq_save(flags);
 698         ptep = find_linux_pte_or_hugepte(mm->pgd, address, &shift);
 699         if (!ptep)
 700                 goto no_page;
 701         pte = READ_ONCE(*ptep);
 702         /*
 703          * Verify it is a huge page else bail.
 704          * Transparent hugepages are handled by generic code. We can skip them
 705          * here.
 706          */
 707         if (!shift || pmd_trans_huge(__pmd(pte_val(pte))))
 708                 goto no_page;
 709
 710         if (!pte_present(pte)) {
 711                 page = NULL;
 712                 goto no_page;
 713         }
 714         mask = (1UL << shift) - 1;
 715         page = pte_page(pte);
 716         if (page)
 717                 page += (address & mask) / PAGE_SIZE;
 718
 719 no_page:
 720         local_irq_restore(flags);
 721         return page;
 722 }
 723
 724 struct page *
 725 follow_huge_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 726                 pmd_t *pmd, int write)
 727 {
 728         BUG();
 729         return NULL;
 730 }
 731
 732 struct page *
 733 follow_huge_pud(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 734                 pud_t *pud, int write)
 735 {
 736         BUG();
 737         return NULL;
 738 }
 739
 740 static unsigned long hugepte_addr_end(unsigned long addr, unsigned long end,
 741                                       unsigned long sz)
 742 {
 743         unsigned long __boundary = (addr + sz) & ~(sz-1);
 744         return (__boundary - 1 < end - 1) ? __boundary : end;
 745 }
 746
 747 int gup_huge_pd(hugepd_t hugepd, unsigned long addr, unsigned pdshift,
 748                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
 749 {
 750         pte_t *ptep;
 751         unsigned long sz = 1UL << hugepd_shift(hugepd);
 752         unsigned long next;
 753
 754         ptep = hugepte_offset(hugepd, addr, pdshift);
 755         do {
 756                 next = hugepte_addr_end(addr, end, sz);
 757                 if (!gup_hugepte(ptep, sz, addr, end, write, pages, nr))
 758                         return 0;
 759         } while (ptep++, addr = next, addr != end);
 760
 761         return 1;
 762 }
 763
 764 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
 765 unsigned long hugetlb_get_unmapped_area(struct file *file, unsigned long addr,
 766                                         unsigned long len, unsigned long pgoff,
 767                                         unsigned long flags)
 768 {
 769         struct hstate *hstate = hstate_file(file);
 770         int mmu_psize = shift_to_mmu_psize(huge_page_shift(hstate));
 771
 772         return slice_get_unmapped_area(addr, len, flags, mmu_psize, 1);
 773 }
 774 #endif
 775
 776 unsigned long vma_mmu_pagesize(struct vm_area_struct *vma)
 777 {
 778 #ifdef CONFIG_PPC_MM_SLICES
 779         unsigned int psize = get_slice_psize(vma->vm_mm, vma->vm_start);
 780
 781         return 1UL << mmu_psize_to_shift(psize);
 782 #else
 783         if (!is_vm_hugetlb_page(vma))
 784                 return PAGE_SIZE;
 785
 786         return huge_page_size(hstate_vma(vma));
 787 #endif
 788 }
 789
 790 static inline bool is_power_of_4(unsigned long x)
 791 {
 792         if (is_power_of_2(x))
 793                 return (__ilog2(x) % 2) ? false : true;
 794         return false;
 795 }
 796
 797 static int __init add_huge_page_size(unsigned long long size)
 798 {
 799         int shift = __ffs(size);
 800         int mmu_psize;
 801
 802         /* Check that it is a page size supported by the hardware and
 803          * that it fits within pagetable and slice limits. */
 804 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 805         if ((size < PAGE_SIZE) || !is_power_of_4(size))
 806                 return -EINVAL;
 807 #else
 808         if (!is_power_of_2(size)
 809             || (shift > SLICE_HIGH_SHIFT) || (shift <= PAGE_SHIFT))
 810                 return -EINVAL;
 811 #endif
 812
 813         if ((mmu_psize = shift_to_mmu_psize(shift)) < 0)
 814                 return -EINVAL;
 815
 816 #ifdef CONFIG_SPU_FS_64K_LS
 817         /* Disable support for 64K huge pages when 64K SPU local store
 818          * support is enabled as the current implementation conflicts.
 819          */
 820         if (shift == PAGE_SHIFT_64K)
 821                 return -EINVAL;
 822 #endif /* CONFIG_SPU_FS_64K_LS */
 823
 824         BUG_ON(mmu_psize_defs[mmu_psize].shift != shift);
 825
 826         /* Return if huge page size has already been setup */
 827         if (size_to_hstate(size))
 828                 return 0;
 829
 830         hugetlb_add_hstate(shift - PAGE_SHIFT);
 831
 832         return 0;
 833 }
 834
 835 static int __init hugepage_setup_sz(char *str)
 836 {
 837         unsigned long long size;
 838
 839         size = memparse(str, &str);
 840
 841         if (add_huge_page_size(size) != 0)
 842                 printk(KERN_WARNING "Invalid huge page size specified(%llu)\n", size);
 843
 844         return 1;
 845 }
 846 __setup("hugepagesz=", hugepage_setup_sz);
 847
 848 #ifdef CONFIG_PPC_FSL_BOOK3E
 849 struct kmem_cache *hugepte_cache;
 850 static int __init hugetlbpage_init(void)
 851 {
 852         int psize;
 853
 854         for (psize = 0; psize < MMU_PAGE_COUNT; ++psize) {
 855                 unsigned shift;
 856
 857                 if (!mmu_psize_defs[psize].shift)
 858                         continue;
 859
 860                 shift = mmu_psize_to_shift(psize);
 861
 862                 /* Don't treat normal page sizes as huge... */
 863                 if (shift != PAGE_SHIFT)
 864                         if (add_huge_page_size(1ULL << shift) < 0)
 865                                 continue;
 866         }
 867
 868         /*
 869          * Create a kmem cache for hugeptes.  The bottom bits in the pte have
 870          * size information encoded in them, so align them to allow this
 871          */
 872         hugepte_cache =  kmem_cache_create("hugepte-cache", sizeof(pte_t),
 873                                            HUGEPD_SHIFT_MASK + 1, 0, NULL);
 874         if (hugepte_cache == NULL)
 875                 panic("%s: Unable to create kmem cache for hugeptes\n",
 876                       __func__);
 877
 878         /* Default hpage size = 4M */
 879         if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_4M].shift)
 880                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_4M].shift;
 881         else
 882                 panic("%s: Unable to set default huge page size\n", __func__);
 883
 884
 885         return 0;
 886 }
 887 #else
 888 static int __init hugetlbpage_init(void)
 889 {
 890         int psize;
 891
 892         if (!mmu_has_feature(MMU_FTR_16M_PAGE))
 893                 return -ENODEV;
 894
 895         for (psize = 0; psize < MMU_PAGE_COUNT; ++psize) {
 896                 unsigned shift;
 897                 unsigned pdshift;
 898
 899                 if (!mmu_psize_defs[psize].shift)
 900                         continue;
 901
 902                 shift = mmu_psize_to_shift(psize);
 903
 904                 if (add_huge_page_size(1ULL << shift) < 0)
 905                         continue;
 906
 907                 if (shift < PMD_SHIFT)
 908                         pdshift = PMD_SHIFT;
 909                 else if (shift < PUD_SHIFT)
 910                         pdshift = PUD_SHIFT;
 911                 else
 912                         pdshift = PGDIR_SHIFT;
 913                 /*
 914                  * if we have pdshift and shift value same, we don't
 915                  * use pgt cache for hugepd.
 916                  */
 917                 if (pdshift != shift) {
 918                         pgtable_cache_add(pdshift - shift, NULL);
 919                         if (!PGT_CACHE(pdshift - shift))
 920                                 panic("hugetlbpage_init(): could not create "
 921                                       "pgtable cache for %d bit pagesize\n", shift);
 922                 }
 923         }
 924
 925         /* Set default large page size. Currently, we pick 16M or 1M
 926          * depending on what is available
 927          */
 928         if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_16M].shift)
 929                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_16M].shift;
 930         else if (mmu_psize_defs[MMU_PAGE_1M].shift)
 931                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[MMU_PAGE_1M].shift;
 932
 933         return 0;
 934 }
 935 #endif
 936 module_init(hugetlbpage_init);
 937
 938 void flush_dcache_icache_hugepage(struct page *page)
 939 {
 940         int i;
 941         void *start;
 942
 943         BUG_ON(!PageCompound(page));
 944
 945         for (i = 0; i < (1UL << compound_order(page)); i++) {
 946                 if (!PageHighMem(page)) {
 947                         __flush_dcache_icache(page_address(page+i));
 948                 } else {
 949                         start = kmap_atomic(page+i);
 950                         __flush_dcache_icache(start);
 951                         kunmap_atomic(start);
 952                 }
 953         }
 954 }
 955
 956 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 957
 958 /*
 959  * We have 4 cases for pgds and pmds:
 960  * (1) invalid (all zeroes)
 961  * (2) pointer to next table, as normal; bottom 6 bits == 0
 962  * (3) leaf pte for huge page, bottom two bits != 00
 963  * (4) hugepd pointer, bottom two bits == 00, next 4 bits indicate size of table
 964  *
 965  * So long as we atomically load page table pointers we are safe against teardown,
 966  * we can follow the address down to the the page and take a ref on it.
 967  * This function need to be called with interrupts disabled. We use this variant
 968  * when we have MSR[EE] = 0 but the paca->soft_enabled = 1
 969  */
 970
 971 pte_t *__find_linux_pte_or_hugepte(pgd_t *pgdir, unsigned long ea,
 972                                    unsigned *shift)
 973 {
 974         pgd_t pgd, *pgdp;
 975         pud_t pud, *pudp;
 976         pmd_t pmd, *pmdp;
 977         pte_t *ret_pte;
 978         hugepd_t *hpdp = NULL;
 979         unsigned pdshift = PGDIR_SHIFT;
 980
 981         if (shift)
 982                 *shift = 0;
 983
 984         pgdp = pgdir + pgd_index(ea);
 985         pgd  = READ_ONCE(*pgdp);
 986         /*
 987          * Always operate on the local stack value. This make sure the
 988          * value don't get updated by a parallel THP split/collapse,
 989          * page fault or a page unmap. The return pte_t * is still not
 990          * stable. So should be checked there for above conditions.
 991          */
 992         if (pgd_none(pgd))
 993                 return NULL;
 994         else if (pgd_huge(pgd)) {
 995                 ret_pte = (pte_t *) pgdp;
 996                 goto out;
 997         } else if (is_hugepd(__hugepd(pgd_val(pgd))))
 998                 hpdp = (hugepd_t *)&pgd;
 999         else {
1000                 /*
1001                  * Even if we end up with an unmap, the pgtable will not
1002                  * be freed, because we do an rcu free and here we are
1003                  * irq disabled
1004                  */
1005                 pdshift = PUD_SHIFT;
1006                 pudp = pud_offset(&pgd, ea);
1007                 pud  = READ_ONCE(*pudp);
1008
1009                 if (pud_none(pud))
1010                         return NULL;
1011                 else if (pud_huge(pud)) {
1012                         ret_pte = (pte_t *) pudp;
1013                         goto out;
1014                 } else if (is_hugepd(__hugepd(pud_val(pud))))
1015                         hpdp = (hugepd_t *)&pud;
1016                 else {
1017                         pdshift = PMD_SHIFT;
1018                         pmdp = pmd_offset(&pud, ea);
1019                         pmd  = READ_ONCE(*pmdp);
1020                         /*
1021                          * A hugepage collapse is captured by pmd_none, because
1022                          * it mark the pmd none and do a hpte invalidate.
1023                          *
1024                          * We don't worry about pmd_trans_splitting here, The
1025                          * caller if it needs to handle the splitting case
1026                          * should check for that.
1027                          */
1028                         if (pmd_none(pmd))
1029                                 return NULL;
1030
1031                         if (pmd_huge(pmd) || pmd_large(pmd)) {
1032                                 ret_pte = (pte_t *) pmdp;
1033                                 goto out;
1034                         } else if (is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmd))))
1035                                 hpdp = (hugepd_t *)&pmd;
1036                         else
1037                                 return pte_offset_kernel(&pmd, ea);
1038                 }
1039         }
1040         if (!hpdp)
1041                 return NULL;
1042
1043         ret_pte = hugepte_offset(*hpdp, ea, pdshift);
1044         pdshift = hugepd_shift(*hpdp);
1045 out:
1046         if (shift)
1047                 *shift = pdshift;
1048         return ret_pte;
1049 }
1050 EXPORT_SYMBOL_GPL(__find_linux_pte_or_hugepte);
1051
1052 int gup_hugepte(pte_t *ptep, unsigned long sz, unsigned long addr,
1053                 unsigned long end, int write, struct page **pages, int *nr)
1054 {
1055         unsigned long mask;
1056         unsigned long pte_end;
1057         struct page *head, *page, *tail;
1058         pte_t pte;
1059         int refs;
1060
1061         pte_end = (addr + sz) & ~(sz-1);
1062         if (pte_end < end)
1063                 end = pte_end;
1064
1065         pte = READ_ONCE(*ptep);
1066         mask = _PAGE_PRESENT | _PAGE_USER;
1067         if (write)
1068                 mask |= _PAGE_RW;
1069
1070         if ((pte_val(pte) & mask) != mask)
1071                 return 0;
1072
1073         /* hugepages are never "special" */
1074         VM_BUG_ON(!pfn_valid(pte_pfn(pte)));
1075
1076         refs = 0;
1077         head = pte_page(pte);
1078
1079         page = head + ((addr & (sz-1)) >> PAGE_SHIFT);
1080         tail = page;
1081         do {
1082                 VM_BUG_ON(compound_head(page) != head);
1083                 pages[*nr] = page;
1084                 (*nr)++;
1085                 page++;
1086                 refs++;
1087         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1088
1089         if (!page_cache_add_speculative(head, refs)) {
1090                 *nr -= refs;
1091                 return 0;
1092         }
1093
1094         if (unlikely(pte_val(pte) != pte_val(*ptep))) {
1095                 /* Could be optimized better */
1096                 *nr -= refs;
1097                 while (refs--)
1098                         put_page(head);
1099                 return 0;
1100         }
1101
1102         /*
1103          * Any tail page need their mapcount reference taken before we
1104          * return.
1105          */
1106         while (refs--) {
1107                 if (PageTail(tail))
1108                         get_huge_page_tail(tail);
1109                 tail++;
1110         }
1111
1112         return 1;
1113 }