arch/sparc64/mm/tsb.c

   1 /* arch/sparc64/mm/tsb.c
   2  *
   3  * Copyright (C) 2006 David S. Miller <davem@davemloft.net>
   4  */
   5
   6 #include <linux/kernel.h>
   7 #include <asm/system.h>
   8 #include <asm/page.h>
   9 #include <asm/tlbflush.h>
  10 #include <asm/tlb.h>
  11 #include <asm/mmu_context.h>
  12 #include <asm/pgtable.h>
  13 #include <asm/tsb.h>
  14
  15 extern struct tsb swapper_tsb[KERNEL_TSB_NENTRIES];
  16
  17 static inline unsigned long tsb_hash(unsigned long vaddr, unsigned long nentries)
  18 {
  19         vaddr >>= PAGE_SHIFT;
  20         return vaddr & (nentries - 1);
  21 }
  22
  23 static inline int tag_compare(unsigned long tag, unsigned long vaddr)
  24 {
  25         return (tag == (vaddr >> 22));
  26 }
  27
  28 /* TSB flushes need only occur on the processor initiating the address
  29  * space modification, not on each cpu the address space has run on.
  30  * Only the TLB flush needs that treatment.
  31  */
  32
  33 void flush_tsb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end)
  34 {
  35         unsigned long v;
  36
  37         for (v = start; v < end; v += PAGE_SIZE) {
  38                 unsigned long hash = tsb_hash(v, KERNEL_TSB_NENTRIES);
  39                 struct tsb *ent = &swapper_tsb[hash];
  40
  41                 if (tag_compare(ent->tag, v)) {
  42                         ent->tag = (1UL << TSB_TAG_INVALID_BIT);
  43                         membar_storeload_storestore();
  44                 }
  45         }
  46 }
  47
  48 void flush_tsb_user(struct mmu_gather *mp)
  49 {
  50         struct mm_struct *mm = mp->mm;
  51         unsigned long nentries, base, flags;
  52         struct tsb *tsb;
  53         int i;
  54
  55         spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);
  56
  57         tsb = mm->context.tsb;
  58         nentries = mm->context.tsb_nentries;
  59
  60         if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor)
  61                 base = __pa(tsb);
  62         else
  63                 base = (unsigned long) tsb;
  64
  65         for (i = 0; i < mp->tlb_nr; i++) {
  66                 unsigned long v = mp->vaddrs[i];
  67                 unsigned long tag, ent, hash;
  68
  69                 v &= ~0x1UL;
  70
  71                 hash = tsb_hash(v, nentries);
  72                 ent = base + (hash * sizeof(struct tsb));
  73                 tag = (v >> 22UL);
  74
  75                 tsb_flush(ent, tag);
  76         }
  77
  78         spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
  79 }
  80
  81 static void setup_tsb_params(struct mm_struct *mm, unsigned long tsb_bytes)
  82 {
  83         unsigned long tsb_reg, base, tsb_paddr;
  84         unsigned long page_sz, tte;
  85
  86         mm->context.tsb_nentries = tsb_bytes / sizeof(struct tsb);
  87
  88         base = TSBMAP_BASE;
  89         tte = pgprot_val(PAGE_KERNEL_LOCKED);
  90         tsb_paddr = __pa(mm->context.tsb);
  91         BUG_ON(tsb_paddr & (tsb_bytes - 1UL));
  92
  93         /* Use the smallest page size that can map the whole TSB
  94          * in one TLB entry.
  95          */
  96         switch (tsb_bytes) {
  97         case 8192 << 0:
  98                 tsb_reg = 0x0UL;
  99 #ifdef DCACHE_ALIASING_POSSIBLE
 100                 base += (tsb_paddr & 8192);
 101 #endif
 102                 page_sz = 8192;
 103                 break;
 104
 105         case 8192 << 1:
 106                 tsb_reg = 0x1UL;
 107                 page_sz = 64 * 1024;
 108                 break;
 109
 110         case 8192 << 2:
 111                 tsb_reg = 0x2UL;
 112                 page_sz = 64 * 1024;
 113                 break;
 114
 115         case 8192 << 3:
 116                 tsb_reg = 0x3UL;
 117                 page_sz = 64 * 1024;
 118                 break;
 119
 120         case 8192 << 4:
 121                 tsb_reg = 0x4UL;
 122                 page_sz = 512 * 1024;
 123                 break;
 124
 125         case 8192 << 5:
 126                 tsb_reg = 0x5UL;
 127                 page_sz = 512 * 1024;
 128                 break;
 129
 130         case 8192 << 6:
 131                 tsb_reg = 0x6UL;
 132                 page_sz = 512 * 1024;
 133                 break;
 134
 135         case 8192 << 7:
 136                 tsb_reg = 0x7UL;
 137                 page_sz = 4 * 1024 * 1024;
 138                 break;
 139
 140         default:
 141                 BUG();
 142         };
 143         tte |= pte_sz_bits(page_sz);
 144
 145         if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
 146                 /* Physical mapping, no locked TLB entry for TSB.  */
 147                 tsb_reg |= tsb_paddr;
 148
 149                 mm->context.tsb_reg_val = tsb_reg;
 150                 mm->context.tsb_map_vaddr = 0;
 151                 mm->context.tsb_map_pte = 0;
 152         } else {
 153                 tsb_reg |= base;
 154                 tsb_reg |= (tsb_paddr & (page_sz - 1UL));
 155                 tte |= (tsb_paddr & ~(page_sz - 1UL));
 156
 157                 mm->context.tsb_reg_val = tsb_reg;
 158                 mm->context.tsb_map_vaddr = base;
 159                 mm->context.tsb_map_pte = tte;
 160         }
 161
 162         /* Setup the Hypervisor TSB descriptor.  */
 163         if (tlb_type == hypervisor) {
 164                 struct hv_tsb_descr *hp = &mm->context.tsb_descr;
 165
 166                 switch (PAGE_SIZE) {
 167                 case 8192:
 168                 default:
 169                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_8K;
 170                         break;
 171
 172                 case 64 * 1024:
 173                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_64K;
 174                         break;
 175
 176                 case 512 * 1024:
 177                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_512K;
 178                         break;
 179
 180                 case 4 * 1024 * 1024:
 181                         hp->pgsz_idx = HV_PGSZ_IDX_4MB;
 182                         break;
 183                 };
 184                 hp->assoc = 1;
 185                 hp->num_ttes = tsb_bytes / 16;
 186                 hp->ctx_idx = 0;
 187                 switch (PAGE_SIZE) {
 188                 case 8192:
 189                 default:
 190                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_8K;
 191                         break;
 192
 193                 case 64 * 1024:
 194                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_64K;
 195                         break;
 196
 197                 case 512 * 1024:
 198                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_512K;
 199                         break;
 200
 201                 case 4 * 1024 * 1024:
 202                         hp->pgsz_mask = HV_PGSZ_MASK_4MB;
 203                         break;
 204                 };
 205                 hp->tsb_base = tsb_paddr;
 206                 hp->resv = 0;
 207         }
 208 }
 209
 210 /* When the RSS of an address space exceeds mm->context.tsb_rss_limit,
 211  * do_sparc64_fault() invokes this routine to try and grow the TSB.
 212  *
 213  * When we reach the maximum TSB size supported, we stick ~0UL into
 214  * mm->context.tsb_rss_limit so the grow checks in update_mmu_cache()
 215  * will not trigger any longer.
 216  *
 217  * The TSB can be anywhere from 8K to 1MB in size, in increasing powers
 218  * of two.  The TSB must be aligned to it's size, so f.e. a 512K TSB
 219  * must be 512K aligned.  It also must be physically contiguous, so we
 220  * cannot use vmalloc().
 221  *
 222  * The idea here is to grow the TSB when the RSS of the process approaches
 223  * the number of entries that the current TSB can hold at once.  Currently,
 224  * we trigger when the RSS hits 3/4 of the TSB capacity.
 225  */
 226 void tsb_grow(struct mm_struct *mm, unsigned long rss)
 227 {
 228         unsigned long max_tsb_size = 1 * 1024 * 1024;
 229         unsigned long size, old_size, flags;
 230         struct page *page;
 231         struct tsb *old_tsb, *new_tsb;
 232         unsigned long order, new_rss_limit;
 233         gfp_t gfp_flags;
 234
 235         if (max_tsb_size > (PAGE_SIZE << MAX_ORDER))
 236                 max_tsb_size = (PAGE_SIZE << MAX_ORDER);
 237
 238         for (size = PAGE_SIZE; size < max_tsb_size; size <<= 1UL) {
 239                 unsigned long n_entries = size / sizeof(struct tsb);
 240
 241                 n_entries = (n_entries * 3) / 4;
 242                 if (n_entries > rss)
 243                         break;
 244         }
 245
 246         if (size == max_tsb_size)
 247                 new_rss_limit = ~0UL;
 248         else
 249                 new_rss_limit = ((size / sizeof(struct tsb)) * 3) / 4;
 250
 251 retry_page_alloc:
 252         order = get_order(size);
 253         gfp_flags = GFP_KERNEL;
 254         if (order > 1)
 255                 gfp_flags = __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY;
 256
 257         page = alloc_pages(gfp_flags, order);
 258         if (unlikely(!page)) {
 259                 /* Not being able to fork due to a high-order TSB
 260                  * allocation failure is very bad behavior.  Just back
 261                  * down to a 0-order allocation and force no TSB
 262                  * growing for this address space.
 263                  */
 264                 if (mm->context.tsb == NULL && order > 0) {
 265                         size = PAGE_SIZE;
 266                         new_rss_limit = ~0UL;
 267                         goto retry_page_alloc;
 268                 }
 269
 270                 /* If we failed on a TSB grow, we are under serious
 271                  * memory pressure so don't try to grow any more.
 272                  */
 273                 if (mm->context.tsb != NULL)
 274                         mm->context.tsb_rss_limit = ~0UL;
 275                 return;
 276         }
 277
 278         /* Mark all tags as invalid.  */
 279         new_tsb = page_address(page);
 280         memset(new_tsb, 0x40, size);
 281
 282         /* Ok, we are about to commit the changes.  If we are
 283          * growing an existing TSB the locking is very tricky,
 284          * so WATCH OUT!
 285          *
 286          * We have to hold mm->context.lock while committing to the
 287          * new TSB, this synchronizes us with processors in
 288          * flush_tsb_user() and switch_mm() for this address space.
 289          *
 290          * But even with that lock held, processors run asynchronously
 291          * accessing the old TSB via TLB miss handling.  This is OK
 292          * because those actions are just propagating state from the
 293          * Linux page tables into the TSB, page table mappings are not
 294          * being changed.  If a real fault occurs, the processor will
 295          * synchronize with us when it hits flush_tsb_user(), this is
 296          * also true for the case where vmscan is modifying the page
 297          * tables.  The only thing we need to be careful with is to
 298          * skip any locked TSB entries during copy_tsb().
 299          *
 300          * When we finish committing to the new TSB, we have to drop
 301          * the lock and ask all other cpus running this address space
 302          * to run tsb_context_switch() to see the new TSB table.
 303          */
 304         spin_lock_irqsave(&mm->context.lock, flags);
 305
 306         old_tsb = mm->context.tsb;
 307         old_size = mm->context.tsb_nentries * sizeof(struct tsb);
 308
 309         /* Handle multiple threads trying to grow the TSB at the same time.
 310          * One will get in here first, and bump the size and the RSS limit.
 311          * The others will get in here next and hit this check.
 312          */
 313         if (unlikely(old_tsb && (rss < mm->context.tsb_rss_limit))) {
 314                 spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
 315
 316                 free_pages((unsigned long) new_tsb, get_order(size));
 317                 return;
 318         }
 319
 320         mm->context.tsb_rss_limit = new_rss_limit;
 321
 322         if (old_tsb) {
 323                 extern void copy_tsb(unsigned long old_tsb_base,
 324                                      unsigned long old_tsb_size,
 325                                      unsigned long new_tsb_base,
 326                                      unsigned long new_tsb_size);
 327                 unsigned long old_tsb_base = (unsigned long) old_tsb;
 328                 unsigned long new_tsb_base = (unsigned long) new_tsb;
 329
 330                 if (tlb_type == cheetah_plus || tlb_type == hypervisor) {
 331                         old_tsb_base = __pa(old_tsb_base);
 332                         new_tsb_base = __pa(new_tsb_base);
 333                 }
 334                 copy_tsb(old_tsb_base, old_size, new_tsb_base, size);
 335         }
 336
 337         mm->context.tsb = new_tsb;
 338         setup_tsb_params(mm, size);
 339
 340         spin_unlock_irqrestore(&mm->context.lock, flags);
 341
 342         /* If old_tsb is NULL, we're being invoked for the first time
 343          * from init_new_context().
 344          */
 345         if (old_tsb) {
 346                 /* Reload it on the local cpu.  */
 347                 tsb_context_switch(mm);
 348
 349                 /* Now force other processors to do the same.  */
 350                 smp_tsb_sync(mm);
 351
 352                 /* Now it is safe to free the old tsb.  */
 353                 free_pages((unsigned long) old_tsb, get_order(old_size));
 354         }
 355 }
 356
 357 int init_new_context(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm)
 358 {
 359         spin_lock_init(&mm->context.lock);
 360
 361         mm->context.sparc64_ctx_val = 0UL;
 362
 363         /* copy_mm() copies over the parent's mm_struct before calling
 364          * us, so we need to zero out the TSB pointer or else tsb_grow()
 365          * will be confused and think there is an older TSB to free up.
 366          */
 367         mm->context.tsb = NULL;
 368
 369         /* If this is fork, inherit the parent's TSB size.  We would
 370          * grow it to that size on the first page fault anyways.
 371          */
 372         tsb_grow(mm, get_mm_rss(mm));
 373
 374         if (unlikely(!mm->context.tsb))
 375                 return -ENOMEM;
 376
 377         return 0;
 378 }
 379
 380 void destroy_context(struct mm_struct *mm)
 381 {
 382         unsigned long size = mm->context.tsb_nentries * sizeof(struct tsb);
 383         unsigned long flags;
 384
 385         free_pages((unsigned long) mm->context.tsb, get_order(size));
 386
 387         /* We can remove these later, but for now it's useful
 388          * to catch any bogus post-destroy_context() references
 389          * to the TSB.
 390          */
 391         mm->context.tsb = NULL;
 392         mm->context.tsb_reg_val = 0UL;
 393
 394         spin_lock_irqsave(&ctx_alloc_lock, flags);
 395
 396         if (CTX_VALID(mm->context)) {
 397                 unsigned long nr = CTX_NRBITS(mm->context);
 398                 mmu_context_bmap[nr>>6] &= ~(1UL << (nr & 63));
 399         }
 400
 401         spin_unlock_irqrestore(&ctx_alloc_lock, flags);
 402 }