include/asm-s390/pgtable.h

   1 /*
   2  *  include/asm-s390/pgtable.h
   3  *
   4  *  S390 version
   5  *    Copyright (C) 1999,2000 IBM Deutschland Entwicklung GmbH, IBM Corporation
   6  *    Author(s): Hartmut Penner (hp@de.ibm.com)
   7  *               Ulrich Weigand (weigand@de.ibm.com)
   8  *               Martin Schwidefsky (schwidefsky@de.ibm.com)
   9  *
  10  *  Derived from "include/asm-i386/pgtable.h"
  11  */
  12
  13 #ifndef _ASM_S390_PGTABLE_H
  14 #define _ASM_S390_PGTABLE_H
  15
  16 /*
  17  * The Linux memory management assumes a three-level page table setup. On
  18  * the S390, we use that, but "fold" the mid level into the top-level page
  19  * table, so that we physically have the same two-level page table as the
  20  * S390 mmu expects.
  21  *
  22  * The "pgd_xxx()" functions are trivial for a folded two-level
  23  * setup: the pgd is never bad, and a pmd always exists (as it's folded
  24  * into the pgd entry)
  25  *
  26  * This file contains the functions and defines necessary to modify and use
  27  * the S390 page table tree.
  28  */
  29 #ifndef __ASSEMBLY__
  30 #include <asm/processor.h>
  31 #include <linux/threads.h>
  32
  33 extern pgd_t swapper_pg_dir[] __attribute__ ((aligned (4096)));
  34 extern void paging_init(void);
  35
  36 /* Caches aren't brain-dead on S390. */
  37 #define flush_cache_all()                       do { } while (0)
  38 #define flush_cache_mm(mm)                      do { } while (0)
  39 #define flush_cache_range(mm, start, end)       do { } while (0)
  40 #define flush_cache_page(vma, vmaddr)           do { } while (0)
  41 #define flush_page_to_ram(page)                 do { } while (0)
  42 #define flush_dcache_page(page)                 do { } while (0)
  43 #define flush_icache_range(start, end)          do { } while (0)
  44 #define flush_icache_page(vma,pg)               do { } while (0)
  45 #define flush_icache_user_range(vma,pg,adr,len) do { } while (0)
  46
  47 /*
  48  * The S390 doesn't have any external MMU info: the kernel page
  49  * tables contain all the necessary information.
  50  */
  51 #define update_mmu_cache(vma, address, pte)     do { } while (0)
  52
  53 /*
  54  * ZERO_PAGE is a global shared page that is always zero: used
  55  * for zero-mapped memory areas etc..
  56  */
  57 extern char empty_zero_page[PAGE_SIZE];
  58 #define ZERO_PAGE(vaddr) (virt_to_page(empty_zero_page))
  59 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
  60
  61 /*
  62  * PMD_SHIFT determines the size of the area a second-level page
  63  * table can map
  64  */
  65 #define PMD_SHIFT       22
  66 #define PMD_SIZE        (1UL << PMD_SHIFT)
  67 #define PMD_MASK        (~(PMD_SIZE-1))
  68
  69 /* PGDIR_SHIFT determines what a third-level page table entry can map */
  70 #define PGDIR_SHIFT     22
  71 #define PGDIR_SIZE      (1UL << PGDIR_SHIFT)
  72 #define PGDIR_MASK      (~(PGDIR_SIZE-1))
  73
  74 /*
  75  * entries per page directory level: the S390 is two-level, so
  76  * we don't really have any PMD directory physically.
  77  * for S390 segment-table entries are combined to one PGD
  78  * that leads to 1024 pte per pgd
  79  */
  80 #define PTRS_PER_PTE    1024
  81 #define PTRS_PER_PMD    1
  82 #define PTRS_PER_PGD    512
  83
  84 /*
  85  * pgd entries used up by user/kernel:
  86  */
  87 #define USER_PTRS_PER_PGD  512
  88 #define USER_PGD_PTRS      512
  89 #define KERNEL_PGD_PTRS    512
  90 #define FIRST_USER_PGD_NR  0
  91
  92 #define pte_ERROR(e) \
  93         printk("%s:%d: bad pte %08lx.\n", __FILE__, __LINE__, pte_val(e))
  94 #define pmd_ERROR(e) \
  95         printk("%s:%d: bad pmd %08lx.\n", __FILE__, __LINE__, pmd_val(e))
  96 #define pgd_ERROR(e) \
  97         printk("%s:%d: bad pgd %08lx.\n", __FILE__, __LINE__, pgd_val(e))
  98
  99 #ifndef __ASSEMBLY__
 100 /*
 101  * Just any arbitrary offset to the start of the vmalloc VM area: the
 102  * current 8MB value just means that there will be a 8MB "hole" after the
 103  * physical memory until the kernel virtual memory starts.  That means that
 104  * any out-of-bounds memory accesses will hopefully be caught.
 105  * The vmalloc() routines leaves a hole of 4kB between each vmalloced
 106  * area for the same reason. ;)
 107  */
 108 #define VMALLOC_OFFSET  (8*1024*1024)
 109 #define VMALLOC_START   (((unsigned long) high_memory + VMALLOC_OFFSET) \
 110                          & ~(VMALLOC_OFFSET-1))
 111 #define VMALLOC_VMADDR(x) ((unsigned long)(x))
 112 #define VMALLOC_END     (0x7fffffffL)
 113
 114
 115 /*
 116  * A pagetable entry of S390 has following format:
 117  *  |   PFRA          |    |  OS  |
 118  * 0                   0IP0
 119  * 00000000001111111111222222222233
 120  * 01234567890123456789012345678901
 121  *
 122  * I Page-Invalid Bit:    Page is not available for address-translation
 123  * P Page-Protection Bit: Store access not possible for page
 124  *
 125  * A segmenttable entry of S390 has following format:
 126  *  |   P-table origin      |  |PTL
 127  * 0                         IC
 128  * 00000000001111111111222222222233
 129  * 01234567890123456789012345678901
 130  *
 131  * I Segment-Invalid Bit:    Segment is not available for address-translation
 132  * C Common-Segment Bit:     Segment is not private (PoP 3-30)
 133  * PTL Page-Table-Length:    Page-table length (PTL+1*16 entries -> up to 256)
 134  *
 135  * The segmenttable origin of S390 has following format:
 136  *
 137  *  |S-table origin   |     | STL |
 138  * X                   **GPS
 139  * 00000000001111111111222222222233
 140  * 01234567890123456789012345678901
 141  *
 142  * X Space-Switch event:
 143  * G Segment-Invalid Bit:     *
 144  * P Private-Space Bit:       Segment is not private (PoP 3-30)
 145  * S Storage-Alteration:
 146  * STL Segment-Table-Length:  Segment-table length (STL+1*16 entries -> up to 2048)
 147  *
 148  * A storage key has the following format:
 149  * | ACC |F|R|C|0|
 150  *  0   3 4 5 6 7
 151  * ACC: access key
 152  * F  : fetch protection bit
 153  * R  : referenced bit
 154  * C  : changed bit
 155  */
 156
 157 /* Bits in the page table entry */
 158 #define _PAGE_PRESENT   0x001          /* Software                         */
 159 #define _PAGE_MKCLEAN   0x002          /* Software                         */
 160 #define _PAGE_ISCLEAN   0x004          /* Software                         */
 161 #define _PAGE_RO        0x200          /* HW read-only                     */
 162 #define _PAGE_INVALID   0x400          /* HW invalid                       */
 163
 164 /* Bits in the segment table entry */
 165 #define _PAGE_TABLE_LEN 0xf            /* only full page-tables            */
 166 #define _PAGE_TABLE_COM 0x10           /* common page-table                */
 167 #define _PAGE_TABLE_INV 0x20           /* invalid page-table               */
 168 #define _SEG_PRESENT    0x001          /* Software (overlap with PTL)      */
 169
 170 /* Bits int the storage key */
 171 #define _PAGE_CHANGED    0x02          /* HW changed bit                   */
 172 #define _PAGE_REFERENCED 0x04          /* HW referenced bit                */
 173
 174 #define _USER_SEG_TABLE_LEN    0x7f    /* user-segment-table up to 2 GB    */
 175 #define _KERNEL_SEG_TABLE_LEN  0x7f    /* kernel-segment-table up to 2 GB  */
 176
 177 /*
 178  * User and Kernel pagetables are identical
 179  */
 180 #define _PAGE_TABLE     (_PAGE_TABLE_LEN )
 181 #define _KERNPG_TABLE   (_PAGE_TABLE_LEN )
 182
 183 /*
 184  * The Kernel segment-tables includes the User segment-table
 185  */
 186
 187 #define _SEGMENT_TABLE  (_USER_SEG_TABLE_LEN|0x80000000|0x100)
 188 #define _KERNSEG_TABLE  (_KERNEL_SEG_TABLE_LEN)
 189
 190 /*
 191  * No mapping available
 192  */
 193 #define PAGE_INVALID      __pgprot(_PAGE_INVALID)
 194 #define PAGE_NONE_SHARED  __pgprot(_PAGE_PRESENT|_PAGE_INVALID)
 195 #define PAGE_NONE_PRIVATE __pgprot(_PAGE_PRESENT|_PAGE_INVALID|_PAGE_ISCLEAN)
 196 #define PAGE_RO_SHARED    __pgprot(_PAGE_PRESENT|_PAGE_RO)
 197 #define PAGE_RO_PRIVATE   __pgprot(_PAGE_PRESENT|_PAGE_RO|_PAGE_ISCLEAN)
 198 #define PAGE_COPY         __pgprot(_PAGE_PRESENT|_PAGE_RO|_PAGE_ISCLEAN)
 199 #define PAGE_SHARED       __pgprot(_PAGE_PRESENT)
 200 #define PAGE_KERNEL       __pgprot(_PAGE_PRESENT)
 201
 202 /*
 203  * The S390 can't do page protection for execute, and considers that the
 204  * same are read. Also, write permissions imply read permissions. This is
 205  * the closest we can get..
 206  */
 207          /*xwr*/
 208 #define __P000  PAGE_NONE_PRIVATE
 209 #define __P001  PAGE_RO_PRIVATE
 210 #define __P010  PAGE_COPY
 211 #define __P011  PAGE_COPY
 212 #define __P100  PAGE_RO_PRIVATE
 213 #define __P101  PAGE_RO_PRIVATE
 214 #define __P110  PAGE_COPY
 215 #define __P111  PAGE_COPY
 216
 217 #define __S000  PAGE_NONE_SHARED
 218 #define __S001  PAGE_RO_SHARED
 219 #define __S010  PAGE_SHARED
 220 #define __S011  PAGE_SHARED
 221 #define __S100  PAGE_RO_SHARED
 222 #define __S101  PAGE_RO_SHARED
 223 #define __S110  PAGE_SHARED
 224 #define __S111  PAGE_SHARED
 225
 226 /*
 227  * Certain architectures need to do special things when PTEs
 228  * within a page table are directly modified.  Thus, the following
 229  * hook is made available.
 230  */
 231 extern inline void set_pte(pte_t *pteptr, pte_t pteval)
 232 {
 233         if ((pte_val(pteval) & (_PAGE_MKCLEAN|_PAGE_INVALID))
 234             == _PAGE_MKCLEAN)
 235         {
 236                 pte_val(pteval) &= ~_PAGE_MKCLEAN;
 237
 238                 asm volatile ("sske %0,%1"
 239                                 : : "d" (0), "a" (pte_val(pteval)));
 240         }
 241
 242         *pteptr = pteval;
 243 }
 244
 245 #define pages_to_mb(x) ((x) >> (20-PAGE_SHIFT))
 246
 247 /*
 248  * pgd/pmd/pte query functions
 249  */
 250 extern inline int pgd_present(pgd_t pgd) { return 1; }
 251 extern inline int pgd_none(pgd_t pgd)    { return 0; }
 252 extern inline int pgd_bad(pgd_t pgd)     { return 0; }
 253
 254 extern inline int pmd_present(pmd_t pmd) { return pmd_val(pmd) & _SEG_PRESENT; }
 255 extern inline int pmd_none(pmd_t pmd)    { return pmd_val(pmd) & _PAGE_TABLE_INV; }
 256 extern inline int pmd_bad(pmd_t pmd)
 257 {
 258         return (pmd_val(pmd) & (~PAGE_MASK & ~_PAGE_TABLE_INV)) != _PAGE_TABLE;
 259 }
 260
 261 extern inline int pte_present(pte_t pte) { return pte_val(pte) & _PAGE_PRESENT; }
 262 extern inline int pte_none(pte_t pte)
 263 {
 264         return ((pte_val(pte) &
 265                 (_PAGE_INVALID | _PAGE_RO | _PAGE_PRESENT)) == _PAGE_INVALID);
 266 }
 267
 268 #define pte_same(a,b)   (pte_val(a) == pte_val(b))
 269
 270 /*
 271  * query functions pte_write/pte_dirty/pte_young only work if
 272  * pte_present() is true. Undefined behaviour if not..
 273  */
 274 extern inline int pte_write(pte_t pte)
 275 {
 276         return (pte_val(pte) & _PAGE_RO) == 0;
 277 }
 278
 279 extern inline int pte_dirty(pte_t pte)
 280 {
 281         int skey;
 282
 283         if (pte_val(pte) & _PAGE_ISCLEAN)
 284                 return 0;
 285         asm volatile ("iske %0,%1" : "=d" (skey) : "a" (pte_val(pte)));
 286         return skey & _PAGE_CHANGED;
 287 }
 288
 289 extern inline int pte_young(pte_t pte)
 290 {
 291         int skey;
 292
 293         asm volatile ("iske %0,%1" : "=d" (skey) : "a" (pte_val(pte)));
 294         return skey & _PAGE_REFERENCED;
 295 }
 296
 297 /*
 298  * pgd/pmd/pte modification functions
 299  */
 300 extern inline void pgd_clear(pgd_t * pgdp)      { }
 301
 302 extern inline void pmd_clear(pmd_t * pmdp)
 303 {
 304         pmd_val(pmdp[0]) = _PAGE_TABLE_INV;
 305         pmd_val(pmdp[1]) = _PAGE_TABLE_INV;
 306         pmd_val(pmdp[2]) = _PAGE_TABLE_INV;
 307         pmd_val(pmdp[3]) = _PAGE_TABLE_INV;
 308 }
 309
 310 extern inline void pte_clear(pte_t *ptep)
 311 {
 312         pte_val(*ptep) = _PAGE_INVALID;
 313 }
 314
 315 #define PTE_INIT(x) pte_clear(x)
 316
 317 /*
 318  * The following pte modification functions only work if
 319  * pte_present() is true. Undefined behaviour if not..
 320  */
 321 extern inline pte_t pte_modify(pte_t pte, pgprot_t newprot)
 322 {
 323         pte_val(pte) &= PAGE_MASK | _PAGE_ISCLEAN;
 324         pte_val(pte) |= pgprot_val(newprot) & ~_PAGE_ISCLEAN;
 325         return pte;
 326 }
 327
 328 extern inline pte_t pte_wrprotect(pte_t pte)
 329 {
 330         pte_val(pte) |= _PAGE_RO;
 331         return pte;
 332 }
 333
 334 extern inline pte_t pte_mkwrite(pte_t pte)
 335 {
 336         pte_val(pte) &= ~_PAGE_RO;
 337         return pte;
 338 }
 339
 340 extern inline pte_t pte_mkclean(pte_t pte)
 341 {
 342         /* The only user of pte_mkclean is the fork() code.
 343            We must *not* clear the *physical* page dirty bit
 344            just because fork() wants to clear the dirty bit in
 345            *one* of the page's mappings.  So we just do nothing. */
 346         return pte;
 347 }
 348
 349 extern inline pte_t pte_mkdirty(pte_t pte)
 350 {
 351         /* We do not explicitly set the dirty bit because the
 352          * sske instruction is slow. It is faster to let the
 353          * next instruction set the dirty bit.
 354          */
 355         pte_val(pte) &= ~(_PAGE_MKCLEAN | _PAGE_ISCLEAN);
 356         return pte;
 357 }
 358
 359 extern inline pte_t pte_mkold(pte_t pte)
 360 {
 361         asm volatile ("rrbe 0,%0" : : "a" (pte_val(pte)) : "cc" );
 362         return pte;
 363 }
 364
 365 extern inline pte_t pte_mkyoung(pte_t pte)
 366 {
 367         /* To set the referenced bit we read the first word from the real
 368          * page with a special instruction: load using real address (lura).
 369          * Isn't S/390 a nice architecture ?! */
 370         asm volatile ("lura 0,%0" : : "a" (pte_val(pte) & PAGE_MASK) : "0" );
 371         return pte;
 372 }
 373
 374 static inline int ptep_test_and_clear_young(pte_t *ptep)
 375 {
 376         int ccode;
 377
 378         asm volatile ("rrbe 0,%1\n\t"
 379                       "ipm  %0\n\t"
 380                       "srl  %0,28\n\t"
 381                       : "=d" (ccode) : "a" (pte_val(*ptep)) : "cc" );
 382         return ccode & 2;
 383 }
 384
 385 static inline int ptep_test_and_clear_dirty(pte_t *ptep)
 386 {
 387         int skey;
 388
 389         if (pte_val(*ptep) & _PAGE_ISCLEAN)
 390                 return 0;
 391         asm volatile ("iske %0,%1" : "=d" (skey) : "a" (*ptep));
 392         if ((skey & _PAGE_CHANGED) == 0)
 393                 return 0;
 394         /* We can't clear the changed bit atomically. For now we
 395          * clear (!) the page referenced bit. */
 396         asm volatile ("sske %0,%1"
 397                       : : "d" (0), "a" (*ptep));
 398         return 1;
 399 }
 400
 401 static inline pte_t ptep_get_and_clear(pte_t *ptep)
 402 {
 403         pte_t pte = *ptep;
 404         pte_clear(ptep);
 405         return pte;
 406 }
 407
 408 static inline void ptep_set_wrprotect(pte_t *ptep)
 409 {
 410         pte_t old_pte = *ptep;
 411         set_pte(ptep, pte_wrprotect(old_pte));
 412 }
 413
 414 static inline void ptep_mkdirty(pte_t *ptep)
 415 {
 416         pte_mkdirty(*ptep);
 417 }
 418
 419 /*
 420  * Conversion functions: convert a page and protection to a page entry,
 421  * and a page entry and page directory to the page they refer to.
 422  */
 423 static inline pte_t mk_pte_phys(unsigned long physpage, pgprot_t pgprot)
 424 {
 425         pte_t __pte;
 426         pte_val(__pte) = physpage + pgprot_val(pgprot);
 427         return __pte;
 428 }
 429
 430 #define mk_pte(pg, pgprot)                                                \
 431 ({                                                                        \
 432         struct page *__page = (pg);                                       \
 433         pgprot_t __pgprot = (pgprot);                                     \
 434         unsigned long __physpage = __pa((__page-mem_map) << PAGE_SHIFT);  \
 435         pte_t __pte = mk_pte_phys(__physpage, __pgprot);                  \
 436                                                                           \
 437         if (!(pgprot_val(__pgprot) & _PAGE_ISCLEAN)) {                    \
 438                 int __users = !!__page->buffers + !!__page->mapping;      \
 439                 if (__users + page_count(__page) == 1)                    \
 440                         pte_val(__pte) |= _PAGE_MKCLEAN;                  \
 441         }                                                                 \
 442         __pte;                                                            \
 443 })
 444
 445 #define pte_page(x) (mem_map+(unsigned long)((pte_val(x) >> PAGE_SHIFT)))
 446
 447 #define pmd_page(pmd) \
 448         ((unsigned long) __va(pmd_val(pmd) & PAGE_MASK))
 449
 450 /* to find an entry in a page-table-directory */
 451 #define pgd_index(address) ((address >> PGDIR_SHIFT) & (PTRS_PER_PGD-1))
 452 #define pgd_offset(mm, address) ((mm)->pgd+pgd_index(address))
 453
 454 /* to find an entry in a kernel page-table-directory */
 455 #define pgd_offset_k(address) pgd_offset(&init_mm, address)
 456
 457 /* Find an entry in the second-level page table.. */
 458 extern inline pmd_t * pmd_offset(pgd_t * dir, unsigned long address)
 459 {
 460         return (pmd_t *) dir;
 461 }
 462
 463 /* Find an entry in the third-level page table.. */
 464 #define pte_offset(pmd, address) \
 465         ((pte_t *) (pmd_page(*pmd) + ((address>>10) & ((PTRS_PER_PTE-1)<<2))))
 466
 467 /*
 468  * A page-table entry has some bits we have to treat in a special way.
 469  * Bits 0, 20 and bit 23 have to be zero, otherwise an specification
 470  * exception will occur instead of a page translation exception. The
 471  * specifiation exception has the bad habit not to store necessary
 472  * information in the lowcore.
 473  * Bit 21 and bit 22 are the page invalid bit and the page protection
 474  * bit. We set both to indicate a swapped page.
 475  * Bit 31 is used as the software page present bit. If a page is
 476  * swapped this obviously has to be zero.
 477  * This leaves the bits 1-19 and bits 24-30 to store type and offset.
 478  * We use the 7 bits from 24-30 for the type and the 19 bits from 1-19
 479  * for the offset.
 480  * 0|     offset      |0110|type |0
 481  * 00000000001111111111222222222233
 482  * 01234567890123456789012345678901
 483  */
 484 extern inline pte_t mk_swap_pte(unsigned long type, unsigned long offset)
 485 {
 486         pte_t pte;
 487         pte_val(pte) = (type << 1) | (offset << 12) | _PAGE_INVALID | _PAGE_RO;
 488         pte_val(pte) &= 0x7ffff6fe;  /* better to be paranoid */
 489         return pte;
 490 }
 491
 492 #define SWP_TYPE(entry)         (((entry).val >> 1) & 0x3f)
 493 #define SWP_OFFSET(entry)       (((entry).val >> 12) & 0x7FFFF )
 494 #define SWP_ENTRY(type,offset)  ((swp_entry_t) { pte_val(mk_swap_pte((type),(offset))) })
 495
 496 #define pte_to_swp_entry(pte)   ((swp_entry_t) { pte_val(pte) })
 497 #define swp_entry_to_pte(x)     ((pte_t) { (x).val })
 498
 499 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
 500
 501 /* Needs to be defined here and not in linux/mm.h, as it is arch dependent */
 502 #define PageSkip(page)          (0)
 503 #define kern_addr_valid(addr)   (1)
 504
 505 /*
 506  * No page table caches to initialise
 507  */
 508 #define pgtable_cache_init()    do { } while (0)
 509
 510 #endif /* _S390_PAGE_H */
 511