]> err.no Git - linux-2.6/blob - arch/powerpc/mm/hugetlbpage.c
powerpc: function to allocate gigantic hugepages
[linux-2.6] / arch / powerpc / mm / hugetlbpage.c
1 /*
2  * PPC64 (POWER4) Huge TLB Page Support for Kernel.
3  *
4  * Copyright (C) 2003 David Gibson, IBM Corporation.
5  *
6  * Based on the IA-32 version:
7  * Copyright (C) 2002, Rohit Seth <rohit.seth@intel.com>
8  */
9
10 #include <linux/init.h>
11 #include <linux/fs.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/hugetlb.h>
14 #include <linux/pagemap.h>
15 #include <linux/slab.h>
16 #include <linux/err.h>
17 #include <linux/sysctl.h>
18 #include <asm/mman.h>
19 #include <asm/pgalloc.h>
20 #include <asm/tlb.h>
21 #include <asm/tlbflush.h>
22 #include <asm/mmu_context.h>
23 #include <asm/machdep.h>
24 #include <asm/cputable.h>
25 #include <asm/spu.h>
26
27 #define HPAGE_SHIFT_64K 16
28 #define HPAGE_SHIFT_16M 24
29
30 #define NUM_LOW_AREAS   (0x100000000UL >> SID_SHIFT)
31 #define NUM_HIGH_AREAS  (PGTABLE_RANGE >> HTLB_AREA_SHIFT)
32 #define MAX_NUMBER_GPAGES       1024
33
34 /* Tracks the 16G pages after the device tree is scanned and before the
35  * huge_boot_pages list is ready.  */
36 static unsigned long gpage_freearray[MAX_NUMBER_GPAGES];
37 static unsigned nr_gpages;
38
39 unsigned int hugepte_shift;
40 #define PTRS_PER_HUGEPTE        (1 << hugepte_shift)
41 #define HUGEPTE_TABLE_SIZE      (sizeof(pte_t) << hugepte_shift)
42
43 #define HUGEPD_SHIFT            (HPAGE_SHIFT + hugepte_shift)
44 #define HUGEPD_SIZE             (1UL << HUGEPD_SHIFT)
45 #define HUGEPD_MASK             (~(HUGEPD_SIZE-1))
46
47 #define huge_pgtable_cache      (pgtable_cache[HUGEPTE_CACHE_NUM])
48
49 /* Flag to mark huge PD pointers.  This means pmd_bad() and pud_bad()
50  * will choke on pointers to hugepte tables, which is handy for
51  * catching screwups early. */
52 #define HUGEPD_OK       0x1
53
54 typedef struct { unsigned long pd; } hugepd_t;
55
56 #define hugepd_none(hpd)        ((hpd).pd == 0)
57
58 static inline pte_t *hugepd_page(hugepd_t hpd)
59 {
60         BUG_ON(!(hpd.pd & HUGEPD_OK));
61         return (pte_t *)(hpd.pd & ~HUGEPD_OK);
62 }
63
64 static inline pte_t *hugepte_offset(hugepd_t *hpdp, unsigned long addr)
65 {
66         unsigned long idx = ((addr >> HPAGE_SHIFT) & (PTRS_PER_HUGEPTE-1));
67         pte_t *dir = hugepd_page(*hpdp);
68
69         return dir + idx;
70 }
71
72 static int __hugepte_alloc(struct mm_struct *mm, hugepd_t *hpdp,
73                            unsigned long address)
74 {
75         pte_t *new = kmem_cache_alloc(huge_pgtable_cache,
76                                       GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
77
78         if (! new)
79                 return -ENOMEM;
80
81         spin_lock(&mm->page_table_lock);
82         if (!hugepd_none(*hpdp))
83                 kmem_cache_free(huge_pgtable_cache, new);
84         else
85                 hpdp->pd = (unsigned long)new | HUGEPD_OK;
86         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
87         return 0;
88 }
89
90 /* Base page size affects how we walk hugetlb page tables */
91 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
92 #define hpmd_offset(pud, addr)          pmd_offset(pud, addr)
93 #define hpmd_alloc(mm, pud, addr)       pmd_alloc(mm, pud, addr)
94 #else
95 static inline
96 pmd_t *hpmd_offset(pud_t *pud, unsigned long addr)
97 {
98         if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K)
99                 return pmd_offset(pud, addr);
100         else
101                 return (pmd_t *) pud;
102 }
103 static inline
104 pmd_t *hpmd_alloc(struct mm_struct *mm, pud_t *pud, unsigned long addr)
105 {
106         if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K)
107                 return pmd_alloc(mm, pud, addr);
108         else
109                 return (pmd_t *) pud;
110 }
111 #endif
112
113 /* Moves the gigantic page addresses from the temporary list to the
114  * huge_boot_pages list.  */
115 int alloc_bootmem_huge_page(struct hstate *h)
116 {
117         struct huge_bootmem_page *m;
118         if (nr_gpages == 0)
119                 return 0;
120         m = phys_to_virt(gpage_freearray[--nr_gpages]);
121         gpage_freearray[nr_gpages] = 0;
122         list_add(&m->list, &huge_boot_pages);
123         m->hstate = h;
124         return 1;
125 }
126
127
128 /* Modelled after find_linux_pte() */
129 pte_t *huge_pte_offset(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
130 {
131         pgd_t *pg;
132         pud_t *pu;
133         pmd_t *pm;
134
135         BUG_ON(get_slice_psize(mm, addr) != mmu_huge_psize);
136
137         addr &= HPAGE_MASK;
138
139         pg = pgd_offset(mm, addr);
140         if (!pgd_none(*pg)) {
141                 pu = pud_offset(pg, addr);
142                 if (!pud_none(*pu)) {
143                         pm = hpmd_offset(pu, addr);
144                         if (!pmd_none(*pm))
145                                 return hugepte_offset((hugepd_t *)pm, addr);
146                 }
147         }
148
149         return NULL;
150 }
151
152 pte_t *huge_pte_alloc(struct mm_struct *mm,
153                         unsigned long addr, unsigned long sz)
154 {
155         pgd_t *pg;
156         pud_t *pu;
157         pmd_t *pm;
158         hugepd_t *hpdp = NULL;
159
160         BUG_ON(get_slice_psize(mm, addr) != mmu_huge_psize);
161
162         addr &= HPAGE_MASK;
163
164         pg = pgd_offset(mm, addr);
165         pu = pud_alloc(mm, pg, addr);
166
167         if (pu) {
168                 pm = hpmd_alloc(mm, pu, addr);
169                 if (pm)
170                         hpdp = (hugepd_t *)pm;
171         }
172
173         if (! hpdp)
174                 return NULL;
175
176         if (hugepd_none(*hpdp) && __hugepte_alloc(mm, hpdp, addr))
177                 return NULL;
178
179         return hugepte_offset(hpdp, addr);
180 }
181
182 int huge_pmd_unshare(struct mm_struct *mm, unsigned long *addr, pte_t *ptep)
183 {
184         return 0;
185 }
186
187 static void free_hugepte_range(struct mmu_gather *tlb, hugepd_t *hpdp)
188 {
189         pte_t *hugepte = hugepd_page(*hpdp);
190
191         hpdp->pd = 0;
192         tlb->need_flush = 1;
193         pgtable_free_tlb(tlb, pgtable_free_cache(hugepte, HUGEPTE_CACHE_NUM,
194                                                  PGF_CACHENUM_MASK));
195 }
196
197 static void hugetlb_free_pmd_range(struct mmu_gather *tlb, pud_t *pud,
198                                    unsigned long addr, unsigned long end,
199                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
200 {
201         pmd_t *pmd;
202         unsigned long next;
203         unsigned long start;
204
205         start = addr;
206         pmd = pmd_offset(pud, addr);
207         do {
208                 next = pmd_addr_end(addr, end);
209                 if (pmd_none(*pmd))
210                         continue;
211                 free_hugepte_range(tlb, (hugepd_t *)pmd);
212         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
213
214         start &= PUD_MASK;
215         if (start < floor)
216                 return;
217         if (ceiling) {
218                 ceiling &= PUD_MASK;
219                 if (!ceiling)
220                         return;
221         }
222         if (end - 1 > ceiling - 1)
223                 return;
224
225         pmd = pmd_offset(pud, start);
226         pud_clear(pud);
227         pmd_free_tlb(tlb, pmd);
228 }
229
230 static void hugetlb_free_pud_range(struct mmu_gather *tlb, pgd_t *pgd,
231                                    unsigned long addr, unsigned long end,
232                                    unsigned long floor, unsigned long ceiling)
233 {
234         pud_t *pud;
235         unsigned long next;
236         unsigned long start;
237
238         start = addr;
239         pud = pud_offset(pgd, addr);
240         do {
241                 next = pud_addr_end(addr, end);
242 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
243                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
244                         continue;
245                 hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor, ceiling);
246 #else
247                 if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K) {
248                         if (pud_none_or_clear_bad(pud))
249                                 continue;
250                         hugetlb_free_pmd_range(tlb, pud, addr, next, floor, ceiling);
251                 } else {
252                         if (pud_none(*pud))
253                                 continue;
254                         free_hugepte_range(tlb, (hugepd_t *)pud);
255                 }
256 #endif
257         } while (pud++, addr = next, addr != end);
258
259         start &= PGDIR_MASK;
260         if (start < floor)
261                 return;
262         if (ceiling) {
263                 ceiling &= PGDIR_MASK;
264                 if (!ceiling)
265                         return;
266         }
267         if (end - 1 > ceiling - 1)
268                 return;
269
270         pud = pud_offset(pgd, start);
271         pgd_clear(pgd);
272         pud_free_tlb(tlb, pud);
273 }
274
275 /*
276  * This function frees user-level page tables of a process.
277  *
278  * Must be called with pagetable lock held.
279  */
280 void hugetlb_free_pgd_range(struct mmu_gather *tlb,
281                             unsigned long addr, unsigned long end,
282                             unsigned long floor, unsigned long ceiling)
283 {
284         pgd_t *pgd;
285         unsigned long next;
286         unsigned long start;
287
288         /*
289          * Comments below take from the normal free_pgd_range().  They
290          * apply here too.  The tests against HUGEPD_MASK below are
291          * essential, because we *don't* test for this at the bottom
292          * level.  Without them we'll attempt to free a hugepte table
293          * when we unmap just part of it, even if there are other
294          * active mappings using it.
295          *
296          * The next few lines have given us lots of grief...
297          *
298          * Why are we testing HUGEPD* at this top level?  Because
299          * often there will be no work to do at all, and we'd prefer
300          * not to go all the way down to the bottom just to discover
301          * that.
302          *
303          * Why all these "- 1"s?  Because 0 represents both the bottom
304          * of the address space and the top of it (using -1 for the
305          * top wouldn't help much: the masks would do the wrong thing).
306          * The rule is that addr 0 and floor 0 refer to the bottom of
307          * the address space, but end 0 and ceiling 0 refer to the top
308          * Comparisons need to use "end - 1" and "ceiling - 1" (though
309          * that end 0 case should be mythical).
310          *
311          * Wherever addr is brought up or ceiling brought down, we
312          * must be careful to reject "the opposite 0" before it
313          * confuses the subsequent tests.  But what about where end is
314          * brought down by HUGEPD_SIZE below? no, end can't go down to
315          * 0 there.
316          *
317          * Whereas we round start (addr) and ceiling down, by different
318          * masks at different levels, in order to test whether a table
319          * now has no other vmas using it, so can be freed, we don't
320          * bother to round floor or end up - the tests don't need that.
321          */
322
323         addr &= HUGEPD_MASK;
324         if (addr < floor) {
325                 addr += HUGEPD_SIZE;
326                 if (!addr)
327                         return;
328         }
329         if (ceiling) {
330                 ceiling &= HUGEPD_MASK;
331                 if (!ceiling)
332                         return;
333         }
334         if (end - 1 > ceiling - 1)
335                 end -= HUGEPD_SIZE;
336         if (addr > end - 1)
337                 return;
338
339         start = addr;
340         pgd = pgd_offset(tlb->mm, addr);
341         do {
342                 BUG_ON(get_slice_psize(tlb->mm, addr) != mmu_huge_psize);
343                 next = pgd_addr_end(addr, end);
344                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
345                         continue;
346                 hugetlb_free_pud_range(tlb, pgd, addr, next, floor, ceiling);
347         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
348 }
349
350 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
351                      pte_t *ptep, pte_t pte)
352 {
353         if (pte_present(*ptep)) {
354                 /* We open-code pte_clear because we need to pass the right
355                  * argument to hpte_need_flush (huge / !huge). Might not be
356                  * necessary anymore if we make hpte_need_flush() get the
357                  * page size from the slices
358                  */
359                 pte_update(mm, addr & HPAGE_MASK, ptep, ~0UL, 1);
360         }
361         *ptep = __pte(pte_val(pte) & ~_PAGE_HPTEFLAGS);
362 }
363
364 pte_t huge_ptep_get_and_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
365                               pte_t *ptep)
366 {
367         unsigned long old = pte_update(mm, addr, ptep, ~0UL, 1);
368         return __pte(old);
369 }
370
371 struct page *
372 follow_huge_addr(struct mm_struct *mm, unsigned long address, int write)
373 {
374         pte_t *ptep;
375         struct page *page;
376
377         if (get_slice_psize(mm, address) != mmu_huge_psize)
378                 return ERR_PTR(-EINVAL);
379
380         ptep = huge_pte_offset(mm, address);
381         page = pte_page(*ptep);
382         if (page)
383                 page += (address % HPAGE_SIZE) / PAGE_SIZE;
384
385         return page;
386 }
387
388 int pmd_huge(pmd_t pmd)
389 {
390         return 0;
391 }
392
393 int pud_huge(pud_t pud)
394 {
395         return 0;
396 }
397
398 struct page *
399 follow_huge_pmd(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
400                 pmd_t *pmd, int write)
401 {
402         BUG();
403         return NULL;
404 }
405
406
407 unsigned long hugetlb_get_unmapped_area(struct file *file, unsigned long addr,
408                                         unsigned long len, unsigned long pgoff,
409                                         unsigned long flags)
410 {
411         return slice_get_unmapped_area(addr, len, flags,
412                                        mmu_huge_psize, 1, 0);
413 }
414
415 /*
416  * Called by asm hashtable.S for doing lazy icache flush
417  */
418 static unsigned int hash_huge_page_do_lazy_icache(unsigned long rflags,
419                                                   pte_t pte, int trap)
420 {
421         struct page *page;
422         int i;
423
424         if (!pfn_valid(pte_pfn(pte)))
425                 return rflags;
426
427         page = pte_page(pte);
428
429         /* page is dirty */
430         if (!test_bit(PG_arch_1, &page->flags) && !PageReserved(page)) {
431                 if (trap == 0x400) {
432                         for (i = 0; i < (HPAGE_SIZE / PAGE_SIZE); i++)
433                                 __flush_dcache_icache(page_address(page+i));
434                         set_bit(PG_arch_1, &page->flags);
435                 } else {
436                         rflags |= HPTE_R_N;
437                 }
438         }
439         return rflags;
440 }
441
442 int hash_huge_page(struct mm_struct *mm, unsigned long access,
443                    unsigned long ea, unsigned long vsid, int local,
444                    unsigned long trap)
445 {
446         pte_t *ptep;
447         unsigned long old_pte, new_pte;
448         unsigned long va, rflags, pa;
449         long slot;
450         int err = 1;
451         int ssize = user_segment_size(ea);
452
453         ptep = huge_pte_offset(mm, ea);
454
455         /* Search the Linux page table for a match with va */
456         va = hpt_va(ea, vsid, ssize);
457
458         /*
459          * If no pte found or not present, send the problem up to
460          * do_page_fault
461          */
462         if (unlikely(!ptep || pte_none(*ptep)))
463                 goto out;
464
465         /* 
466          * Check the user's access rights to the page.  If access should be
467          * prevented then send the problem up to do_page_fault.
468          */
469         if (unlikely(access & ~pte_val(*ptep)))
470                 goto out;
471         /*
472          * At this point, we have a pte (old_pte) which can be used to build
473          * or update an HPTE. There are 2 cases:
474          *
475          * 1. There is a valid (present) pte with no associated HPTE (this is 
476          *      the most common case)
477          * 2. There is a valid (present) pte with an associated HPTE. The
478          *      current values of the pp bits in the HPTE prevent access
479          *      because we are doing software DIRTY bit management and the
480          *      page is currently not DIRTY. 
481          */
482
483
484         do {
485                 old_pte = pte_val(*ptep);
486                 if (old_pte & _PAGE_BUSY)
487                         goto out;
488                 new_pte = old_pte | _PAGE_BUSY | _PAGE_ACCESSED;
489         } while(old_pte != __cmpxchg_u64((unsigned long *)ptep,
490                                          old_pte, new_pte));
491
492         rflags = 0x2 | (!(new_pte & _PAGE_RW));
493         /* _PAGE_EXEC -> HW_NO_EXEC since it's inverted */
494         rflags |= ((new_pte & _PAGE_EXEC) ? 0 : HPTE_R_N);
495         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE))
496                 /* No CPU has hugepages but lacks no execute, so we
497                  * don't need to worry about that case */
498                 rflags = hash_huge_page_do_lazy_icache(rflags, __pte(old_pte),
499                                                        trap);
500
501         /* Check if pte already has an hpte (case 2) */
502         if (unlikely(old_pte & _PAGE_HASHPTE)) {
503                 /* There MIGHT be an HPTE for this pte */
504                 unsigned long hash, slot;
505
506                 hash = hpt_hash(va, HPAGE_SHIFT, ssize);
507                 if (old_pte & _PAGE_F_SECOND)
508                         hash = ~hash;
509                 slot = (hash & htab_hash_mask) * HPTES_PER_GROUP;
510                 slot += (old_pte & _PAGE_F_GIX) >> 12;
511
512                 if (ppc_md.hpte_updatepp(slot, rflags, va, mmu_huge_psize,
513                                          ssize, local) == -1)
514                         old_pte &= ~_PAGE_HPTEFLAGS;
515         }
516
517         if (likely(!(old_pte & _PAGE_HASHPTE))) {
518                 unsigned long hash = hpt_hash(va, HPAGE_SHIFT, ssize);
519                 unsigned long hpte_group;
520
521                 pa = pte_pfn(__pte(old_pte)) << PAGE_SHIFT;
522
523 repeat:
524                 hpte_group = ((hash & htab_hash_mask) *
525                               HPTES_PER_GROUP) & ~0x7UL;
526
527                 /* clear HPTE slot informations in new PTE */
528 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
529                 new_pte = (new_pte & ~_PAGE_HPTEFLAGS) | _PAGE_HPTE_SUB0;
530 #else
531                 new_pte = (new_pte & ~_PAGE_HPTEFLAGS) | _PAGE_HASHPTE;
532 #endif
533                 /* Add in WIMG bits */
534                 rflags |= (new_pte & (_PAGE_WRITETHRU | _PAGE_NO_CACHE |
535                                       _PAGE_COHERENT | _PAGE_GUARDED));
536
537                 /* Insert into the hash table, primary slot */
538                 slot = ppc_md.hpte_insert(hpte_group, va, pa, rflags, 0,
539                                           mmu_huge_psize, ssize);
540
541                 /* Primary is full, try the secondary */
542                 if (unlikely(slot == -1)) {
543                         hpte_group = ((~hash & htab_hash_mask) *
544                                       HPTES_PER_GROUP) & ~0x7UL; 
545                         slot = ppc_md.hpte_insert(hpte_group, va, pa, rflags,
546                                                   HPTE_V_SECONDARY,
547                                                   mmu_huge_psize, ssize);
548                         if (slot == -1) {
549                                 if (mftb() & 0x1)
550                                         hpte_group = ((hash & htab_hash_mask) *
551                                                       HPTES_PER_GROUP)&~0x7UL;
552
553                                 ppc_md.hpte_remove(hpte_group);
554                                 goto repeat;
555                         }
556                 }
557
558                 if (unlikely(slot == -2))
559                         panic("hash_huge_page: pte_insert failed\n");
560
561                 new_pte |= (slot << 12) & (_PAGE_F_SECOND | _PAGE_F_GIX);
562         }
563
564         /*
565          * No need to use ldarx/stdcx here
566          */
567         *ptep = __pte(new_pte & ~_PAGE_BUSY);
568
569         err = 0;
570
571  out:
572         return err;
573 }
574
575 void set_huge_psize(int psize)
576 {
577         /* Check that it is a page size supported by the hardware and
578          * that it fits within pagetable limits. */
579         if (mmu_psize_defs[psize].shift && mmu_psize_defs[psize].shift < SID_SHIFT &&
580                 (mmu_psize_defs[psize].shift > MIN_HUGEPTE_SHIFT ||
581                         mmu_psize_defs[psize].shift == HPAGE_SHIFT_64K)) {
582                 HPAGE_SHIFT = mmu_psize_defs[psize].shift;
583                 mmu_huge_psize = psize;
584 #ifdef CONFIG_PPC_64K_PAGES
585                 hugepte_shift = (PMD_SHIFT-HPAGE_SHIFT);
586 #else
587                 if (HPAGE_SHIFT == HPAGE_SHIFT_64K)
588                         hugepte_shift = (PMD_SHIFT-HPAGE_SHIFT);
589                 else
590                         hugepte_shift = (PUD_SHIFT-HPAGE_SHIFT);
591 #endif
592
593         } else
594                 HPAGE_SHIFT = 0;
595 }
596
597 static int __init hugepage_setup_sz(char *str)
598 {
599         unsigned long long size;
600         int mmu_psize = -1;
601         int shift;
602
603         size = memparse(str, &str);
604
605         shift = __ffs(size);
606         switch (shift) {
607 #ifndef CONFIG_PPC_64K_PAGES
608         case HPAGE_SHIFT_64K:
609                 mmu_psize = MMU_PAGE_64K;
610                 break;
611 #endif
612         case HPAGE_SHIFT_16M:
613                 mmu_psize = MMU_PAGE_16M;
614                 break;
615         }
616
617         if (mmu_psize >=0 && mmu_psize_defs[mmu_psize].shift)
618                 set_huge_psize(mmu_psize);
619         else
620                 printk(KERN_WARNING "Invalid huge page size specified(%llu)\n", size);
621
622         return 1;
623 }
624 __setup("hugepagesz=", hugepage_setup_sz);
625
626 static void zero_ctor(struct kmem_cache *cache, void *addr)
627 {
628         memset(addr, 0, kmem_cache_size(cache));
629 }
630
631 static int __init hugetlbpage_init(void)
632 {
633         if (!cpu_has_feature(CPU_FTR_16M_PAGE))
634                 return -ENODEV;
635
636         huge_pgtable_cache = kmem_cache_create("hugepte_cache",
637                                                HUGEPTE_TABLE_SIZE,
638                                                HUGEPTE_TABLE_SIZE,
639                                                0,
640                                                zero_ctor);
641         if (! huge_pgtable_cache)
642                 panic("hugetlbpage_init(): could not create hugepte cache\n");
643
644         return 0;
645 }
646
647 module_init(hugetlbpage_init);