arch/arm/kvm/mmu.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012 - Virtual Open Systems and Columbia University
   3  * Author: Christoffer Dall <c.dall@virtualopensystems.com>
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License, version 2, as
   7  * published by the Free Software Foundation.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12  * GNU General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  15  * along with this program; if not, write to the Free Software
  16  * Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  17  */
  18
  19 #include <linux/mman.h>
  20 #include <linux/kvm_host.h>
  21 #include <linux/io.h>
  22 #include <linux/hugetlb.h>
  23 #include <trace/events/kvm.h>
  24 #include <asm/pgalloc.h>
  25 #include <asm/cacheflush.h>
  26 #include <asm/kvm_arm.h>
  27 #include <asm/kvm_mmu.h>
  28 #include <asm/kvm_mmio.h>
  29 #include <asm/kvm_asm.h>
  30 #include <asm/kvm_emulate.h>
  31
  32 #include "trace.h"
  33
  34 extern char  __hyp_idmap_text_start[], __hyp_idmap_text_end[];
  35
  36 static pgd_t *boot_hyp_pgd;
  37 static pgd_t *hyp_pgd;
  38 static DEFINE_MUTEX(kvm_hyp_pgd_mutex);
  39
  40 static void *init_bounce_page;
  41 static unsigned long hyp_idmap_start;
  42 static unsigned long hyp_idmap_end;
  43 static phys_addr_t hyp_idmap_vector;
  44
  45 #define kvm_pmd_huge(_x)        (pmd_huge(_x) || pmd_trans_huge(_x))
  46
  47 static void kvm_tlb_flush_vmid_ipa(struct kvm *kvm, phys_addr_t ipa)
  48 {
  49         /*
  50          * This function also gets called when dealing with HYP page
  51          * tables. As HYP doesn't have an associated struct kvm (and
  52          * the HYP page tables are fairly static), we don't do
  53          * anything there.
  54          */
  55         if (kvm)
  56                 kvm_call_hyp(__kvm_tlb_flush_vmid_ipa, kvm, ipa);
  57 }
  58
  59 static int mmu_topup_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
  60                                   int min, int max)
  61 {
  62         void *page;
  63
  64         BUG_ON(max > KVM_NR_MEM_OBJS);
  65         if (cache->nobjs >= min)
  66                 return 0;
  67         while (cache->nobjs < max) {
  68                 page = (void *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
  69                 if (!page)
  70                         return -ENOMEM;
  71                 cache->objects[cache->nobjs++] = page;
  72         }
  73         return 0;
  74 }
  75
  76 static void mmu_free_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
  77 {
  78         while (mc->nobjs)
  79                 free_page((unsigned long)mc->objects[--mc->nobjs]);
  80 }
  81
  82 static void *mmu_memory_cache_alloc(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
  83 {
  84         void *p;
  85
  86         BUG_ON(!mc || !mc->nobjs);
  87         p = mc->objects[--mc->nobjs];
  88         return p;
  89 }
  90
  91 static bool page_empty(void *ptr)
  92 {
  93         struct page *ptr_page = virt_to_page(ptr);
  94         return page_count(ptr_page) == 1;
  95 }
  96
  97 static void clear_pud_entry(struct kvm *kvm, pud_t *pud, phys_addr_t addr)
  98 {
  99         if (pud_huge(*pud)) {
 100                 pud_clear(pud);
 101                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 102         } else {
 103                 pmd_t *pmd_table = pmd_offset(pud, 0);
 104                 pud_clear(pud);
 105                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 106                 pmd_free(NULL, pmd_table);
 107         }
 108         put_page(virt_to_page(pud));
 109 }
 110
 111 static void clear_pmd_entry(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd, phys_addr_t addr)
 112 {
 113         if (kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 114                 pmd_clear(pmd);
 115                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 116         } else {
 117                 pte_t *pte_table = pte_offset_kernel(pmd, 0);
 118                 pmd_clear(pmd);
 119                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 120                 pte_free_kernel(NULL, pte_table);
 121         }
 122         put_page(virt_to_page(pmd));
 123 }
 124
 125 static void clear_pte_entry(struct kvm *kvm, pte_t *pte, phys_addr_t addr)
 126 {
 127         if (pte_present(*pte)) {
 128                 kvm_set_pte(pte, __pte(0));
 129                 put_page(virt_to_page(pte));
 130                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 131         }
 132 }
 133
 134 static void unmap_range(struct kvm *kvm, pgd_t *pgdp,
 135                         unsigned long long start, u64 size)
 136 {
 137         pgd_t *pgd;
 138         pud_t *pud;
 139         pmd_t *pmd;
 140         pte_t *pte;
 141         unsigned long long addr = start, end = start + size;
 142         u64 next;
 143
 144         while (addr < end) {
 145                 pgd = pgdp + pgd_index(addr);
 146                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 147                 if (pud_none(*pud)) {
 148                         addr = pud_addr_end(addr, end);
 149                         continue;
 150                 }
 151
 152                 if (pud_huge(*pud)) {
 153                         /*
 154                          * If we are dealing with a huge pud, just clear it and
 155                          * move on.
 156                          */
 157                         clear_pud_entry(kvm, pud, addr);
 158                         addr = pud_addr_end(addr, end);
 159                         continue;
 160                 }
 161
 162                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 163                 if (pmd_none(*pmd)) {
 164                         addr = pmd_addr_end(addr, end);
 165                         continue;
 166                 }
 167
 168                 if (!kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 169                         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 170                         clear_pte_entry(kvm, pte, addr);
 171                         next = addr + PAGE_SIZE;
 172                 }
 173
 174                 /*
 175                  * If the pmd entry is to be cleared, walk back up the ladder
 176                  */
 177                 if (kvm_pmd_huge(*pmd) || page_empty(pte)) {
 178                         clear_pmd_entry(kvm, pmd, addr);
 179                         next = pmd_addr_end(addr, end);
 180                         if (page_empty(pmd) && !page_empty(pud)) {
 181                                 clear_pud_entry(kvm, pud, addr);
 182                                 next = pud_addr_end(addr, end);
 183                         }
 184                 }
 185
 186                 addr = next;
 187         }
 188 }
 189
 190 /**
 191  * free_boot_hyp_pgd - free HYP boot page tables
 192  *
 193  * Free the HYP boot page tables. The bounce page is also freed.
 194  */
 195 void free_boot_hyp_pgd(void)
 196 {
 197         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 198
 199         if (boot_hyp_pgd) {
 200                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, hyp_idmap_start, PAGE_SIZE);
 201                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
 202                 kfree(boot_hyp_pgd);
 203                 boot_hyp_pgd = NULL;
 204         }
 205
 206         if (hyp_pgd)
 207                 unmap_range(NULL, hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
 208
 209         kfree(init_bounce_page);
 210         init_bounce_page = NULL;
 211
 212         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 213 }
 214
 215 /**
 216  * free_hyp_pgds - free Hyp-mode page tables
 217  *
 218  * Assumes hyp_pgd is a page table used strictly in Hyp-mode and
 219  * therefore contains either mappings in the kernel memory area (above
 220  * PAGE_OFFSET), or device mappings in the vmalloc range (from
 221  * VMALLOC_START to VMALLOC_END).
 222  *
 223  * boot_hyp_pgd should only map two pages for the init code.
 224  */
 225 void free_hyp_pgds(void)
 226 {
 227         unsigned long addr;
 228
 229         free_boot_hyp_pgd();
 230
 231         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 232
 233         if (hyp_pgd) {
 234                 for (addr = PAGE_OFFSET; virt_addr_valid(addr); addr += PGDIR_SIZE)
 235                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
 236                 for (addr = VMALLOC_START; is_vmalloc_addr((void*)addr); addr += PGDIR_SIZE)
 237                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
 238
 239                 kfree(hyp_pgd);
 240                 hyp_pgd = NULL;
 241         }
 242
 243         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 244 }
 245
 246 static void create_hyp_pte_mappings(pmd_t *pmd, unsigned long start,
 247                                     unsigned long end, unsigned long pfn,
 248                                     pgprot_t prot)
 249 {
 250         pte_t *pte;
 251         unsigned long addr;
 252
 253         addr = start;
 254         do {
 255                 pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 256                 kvm_set_pte(pte, pfn_pte(pfn, prot));
 257                 get_page(virt_to_page(pte));
 258                 kvm_flush_dcache_to_poc(pte, sizeof(*pte));
 259                 pfn++;
 260         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 261 }
 262
 263 static int create_hyp_pmd_mappings(pud_t *pud, unsigned long start,
 264                                    unsigned long end, unsigned long pfn,
 265                                    pgprot_t prot)
 266 {
 267         pmd_t *pmd;
 268         pte_t *pte;
 269         unsigned long addr, next;
 270
 271         addr = start;
 272         do {
 273                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 274
 275                 BUG_ON(pmd_sect(*pmd));
 276
 277                 if (pmd_none(*pmd)) {
 278                         pte = pte_alloc_one_kernel(NULL, addr);
 279                         if (!pte) {
 280                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pte\n");
 281                                 return -ENOMEM;
 282                         }
 283                         pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
 284                         get_page(virt_to_page(pmd));
 285                         kvm_flush_dcache_to_poc(pmd, sizeof(*pmd));
 286                 }
 287
 288                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 289
 290                 create_hyp_pte_mappings(pmd, addr, next, pfn, prot);
 291                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
 292         } while (addr = next, addr != end);
 293
 294         return 0;
 295 }
 296
 297 static int __create_hyp_mappings(pgd_t *pgdp,
 298                                  unsigned long start, unsigned long end,
 299                                  unsigned long pfn, pgprot_t prot)
 300 {
 301         pgd_t *pgd;
 302         pud_t *pud;
 303         pmd_t *pmd;
 304         unsigned long addr, next;
 305         int err = 0;
 306
 307         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 308         addr = start & PAGE_MASK;
 309         end = PAGE_ALIGN(end);
 310         do {
 311                 pgd = pgdp + pgd_index(addr);
 312                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 313
 314                 if (pud_none_or_clear_bad(pud)) {
 315                         pmd = pmd_alloc_one(NULL, addr);
 316                         if (!pmd) {
 317                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pmd\n");
 318                                 err = -ENOMEM;
 319                                 goto out;
 320                         }
 321                         pud_populate(NULL, pud, pmd);
 322                         get_page(virt_to_page(pud));
 323                         kvm_flush_dcache_to_poc(pud, sizeof(*pud));
 324                 }
 325
 326                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 327                 err = create_hyp_pmd_mappings(pud, addr, next, pfn, prot);
 328                 if (err)
 329                         goto out;
 330                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
 331         } while (addr = next, addr != end);
 332 out:
 333         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 334         return err;
 335 }
 336
 337 static phys_addr_t kvm_kaddr_to_phys(void *kaddr)
 338 {
 339         if (!is_vmalloc_addr(kaddr)) {
 340                 BUG_ON(!virt_addr_valid(kaddr));
 341                 return __pa(kaddr);
 342         } else {
 343                 return page_to_phys(vmalloc_to_page(kaddr)) +
 344                        offset_in_page(kaddr);
 345         }
 346 }
 347
 348 /**
 349  * create_hyp_mappings - duplicate a kernel virtual address range in Hyp mode
 350  * @from:       The virtual kernel start address of the range
 351  * @to:         The virtual kernel end address of the range (exclusive)
 352  *
 353  * The same virtual address as the kernel virtual address is also used
 354  * in Hyp-mode mapping (modulo HYP_PAGE_OFFSET) to the same underlying
 355  * physical pages.
 356  */
 357 int create_hyp_mappings(void *from, void *to)
 358 {
 359         phys_addr_t phys_addr;
 360         unsigned long virt_addr;
 361         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
 362         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
 363
 364         start = start & PAGE_MASK;
 365         end = PAGE_ALIGN(end);
 366
 367         for (virt_addr = start; virt_addr < end; virt_addr += PAGE_SIZE) {
 368                 int err;
 369
 370                 phys_addr = kvm_kaddr_to_phys(from + virt_addr - start);
 371                 err = __create_hyp_mappings(hyp_pgd, virt_addr,
 372                                             virt_addr + PAGE_SIZE,
 373                                             __phys_to_pfn(phys_addr),
 374                                             PAGE_HYP);
 375                 if (err)
 376                         return err;
 377         }
 378
 379         return 0;
 380 }
 381
 382 /**
 383  * create_hyp_io_mappings - duplicate a kernel IO mapping into Hyp mode
 384  * @from:       The kernel start VA of the range
 385  * @to:         The kernel end VA of the range (exclusive)
 386  * @phys_addr:  The physical start address which gets mapped
 387  *
 388  * The resulting HYP VA is the same as the kernel VA, modulo
 389  * HYP_PAGE_OFFSET.
 390  */
 391 int create_hyp_io_mappings(void *from, void *to, phys_addr_t phys_addr)
 392 {
 393         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
 394         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
 395
 396         /* Check for a valid kernel IO mapping */
 397         if (!is_vmalloc_addr(from) || !is_vmalloc_addr(to - 1))
 398                 return -EINVAL;
 399
 400         return __create_hyp_mappings(hyp_pgd, start, end,
 401                                      __phys_to_pfn(phys_addr), PAGE_HYP_DEVICE);
 402 }
 403
 404 /**
 405  * kvm_alloc_stage2_pgd - allocate level-1 table for stage-2 translation.
 406  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
 407  *
 408  * Allocates the 1st level table only of size defined by S2_PGD_ORDER (can
 409  * support either full 40-bit input addresses or limited to 32-bit input
 410  * addresses). Clears the allocated pages.
 411  *
 412  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
 413  * created, which can only be done once.
 414  */
 415 int kvm_alloc_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
 416 {
 417         pgd_t *pgd;
 418
 419         if (kvm->arch.pgd != NULL) {
 420                 kvm_err("kvm_arch already initialized?\n");
 421                 return -EINVAL;
 422         }
 423
 424         pgd = (pgd_t *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, S2_PGD_ORDER);
 425         if (!pgd)
 426                 return -ENOMEM;
 427
 428         memset(pgd, 0, PTRS_PER_S2_PGD * sizeof(pgd_t));
 429         kvm_clean_pgd(pgd);
 430         kvm->arch.pgd = pgd;
 431
 432         return 0;
 433 }
 434
 435 /**
 436  * unmap_stage2_range -- Clear stage2 page table entries to unmap a range
 437  * @kvm:   The VM pointer
 438  * @start: The intermediate physical base address of the range to unmap
 439  * @size:  The size of the area to unmap
 440  *
 441  * Clear a range of stage-2 mappings, lowering the various ref-counts.  Must
 442  * be called while holding mmu_lock (unless for freeing the stage2 pgd before
 443  * destroying the VM), otherwise another faulting VCPU may come in and mess
 444  * with things behind our backs.
 445  */
 446 static void unmap_stage2_range(struct kvm *kvm, phys_addr_t start, u64 size)
 447 {
 448         unmap_range(kvm, kvm->arch.pgd, start, size);
 449 }
 450
 451 /**
 452  * kvm_free_stage2_pgd - free all stage-2 tables
 453  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
 454  *
 455  * Walks the level-1 page table pointed to by kvm->arch.pgd and frees all
 456  * underlying level-2 and level-3 tables before freeing the actual level-1 table
 457  * and setting the struct pointer to NULL.
 458  *
 459  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
 460  * destroyed, which can only be done once.
 461  */
 462 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
 463 {
 464         if (kvm->arch.pgd == NULL)
 465                 return;
 466
 467         unmap_stage2_range(kvm, 0, KVM_PHYS_SIZE);
 468         free_pages((unsigned long)kvm->arch.pgd, S2_PGD_ORDER);
 469         kvm->arch.pgd = NULL;
 470 }
 471
 472 static pmd_t *stage2_get_pmd(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
 473                              phys_addr_t addr)
 474 {
 475         pgd_t *pgd;
 476         pud_t *pud;
 477         pmd_t *pmd;
 478
 479         pgd = kvm->arch.pgd + pgd_index(addr);
 480         pud = pud_offset(pgd, addr);
 481         if (pud_none(*pud)) {
 482                 if (!cache)
 483                         return NULL;
 484                 pmd = mmu_memory_cache_alloc(cache);
 485                 pud_populate(NULL, pud, pmd);
 486                 get_page(virt_to_page(pud));
 487         }
 488
 489         return pmd_offset(pud, addr);
 490 }
 491
 492 static int stage2_set_pmd_huge(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache
 493                                *cache, phys_addr_t addr, const pmd_t *new_pmd)
 494 {
 495         pmd_t *pmd, old_pmd;
 496
 497         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
 498         VM_BUG_ON(!pmd);
 499
 500         /*
 501          * Mapping in huge pages should only happen through a fault.  If a
 502          * page is merged into a transparent huge page, the individual
 503          * subpages of that huge page should be unmapped through MMU
 504          * notifiers before we get here.
 505          *
 506          * Merging of CompoundPages is not supported; they should become
 507          * splitting first, unmapped, merged, and mapped back in on-demand.
 508          */
 509         VM_BUG_ON(pmd_present(*pmd) && pmd_pfn(*pmd) != pmd_pfn(*new_pmd));
 510
 511         old_pmd = *pmd;
 512         kvm_set_pmd(pmd, *new_pmd);
 513         if (pmd_present(old_pmd))
 514                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 515         else
 516                 get_page(virt_to_page(pmd));
 517         return 0;
 518 }
 519
 520 static int stage2_set_pte(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
 521                           phys_addr_t addr, const pte_t *new_pte, bool iomap)
 522 {
 523         pmd_t *pmd;
 524         pte_t *pte, old_pte;
 525
 526         /* Create stage-2 page table mapping - Level 1 */
 527         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
 528         if (!pmd) {
 529                 /*
 530                  * Ignore calls from kvm_set_spte_hva for unallocated
 531                  * address ranges.
 532                  */
 533                 return 0;
 534         }
 535
 536         /* Create stage-2 page mappings - Level 2 */
 537         if (pmd_none(*pmd)) {
 538                 if (!cache)
 539                         return 0; /* ignore calls from kvm_set_spte_hva */
 540                 pte = mmu_memory_cache_alloc(cache);
 541                 kvm_clean_pte(pte);
 542                 pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
 543                 get_page(virt_to_page(pmd));
 544         }
 545
 546         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 547
 548         if (iomap && pte_present(*pte))
 549                 return -EFAULT;
 550
 551         /* Create 2nd stage page table mapping - Level 3 */
 552         old_pte = *pte;
 553         kvm_set_pte(pte, *new_pte);
 554         if (pte_present(old_pte))
 555                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 556         else
 557                 get_page(virt_to_page(pte));
 558
 559         return 0;
 560 }
 561
 562 /**
 563  * kvm_phys_addr_ioremap - map a device range to guest IPA
 564  *
 565  * @kvm:        The KVM pointer
 566  * @guest_ipa:  The IPA at which to insert the mapping
 567  * @pa:         The physical address of the device
 568  * @size:       The size of the mapping
 569  */
 570 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
 571                           phys_addr_t pa, unsigned long size)
 572 {
 573         phys_addr_t addr, end;
 574         int ret = 0;
 575         unsigned long pfn;
 576         struct kvm_mmu_memory_cache cache = { 0, };
 577
 578         end = (guest_ipa + size + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;
 579         pfn = __phys_to_pfn(pa);
 580
 581         for (addr = guest_ipa; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 582                 pte_t pte = pfn_pte(pfn, PAGE_S2_DEVICE);
 583
 584                 ret = mmu_topup_memory_cache(&cache, 2, 2);
 585                 if (ret)
 586                         goto out;
 587                 spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 588                 ret = stage2_set_pte(kvm, &cache, addr, &pte, true);
 589                 spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 590                 if (ret)
 591                         goto out;
 592
 593                 pfn++;
 594         }
 595
 596 out:
 597         mmu_free_memory_cache(&cache);
 598         return ret;
 599 }
 600
 601 static bool transparent_hugepage_adjust(pfn_t *pfnp, phys_addr_t *ipap)
 602 {
 603         pfn_t pfn = *pfnp;
 604         gfn_t gfn = *ipap >> PAGE_SHIFT;
 605
 606         if (PageTransCompound(pfn_to_page(pfn))) {
 607                 unsigned long mask;
 608                 /*
 609                  * The address we faulted on is backed by a transparent huge
 610                  * page.  However, because we map the compound huge page and
 611                  * not the individual tail page, we need to transfer the
 612                  * refcount to the head page.  We have to be careful that the
 613                  * THP doesn't start to split while we are adjusting the
 614                  * refcounts.
 615                  *
 616                  * We are sure this doesn't happen, because mmu_notifier_retry
 617                  * was successful and we are holding the mmu_lock, so if this
 618                  * THP is trying to split, it will be blocked in the mmu
 619                  * notifier before touching any of the pages, specifically
 620                  * before being able to call __split_huge_page_refcount().
 621                  *
 622                  * We can therefore safely transfer the refcount from PG_tail
 623                  * to PG_head and switch the pfn from a tail page to the head
 624                  * page accordingly.
 625                  */
 626                 mask = PTRS_PER_PMD - 1;
 627                 VM_BUG_ON((gfn & mask) != (pfn & mask));
 628                 if (pfn & mask) {
 629                         *ipap &= PMD_MASK;
 630                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 631                         pfn &= ~mask;
 632                         kvm_get_pfn(pfn);
 633                         *pfnp = pfn;
 634                 }
 635
 636                 return true;
 637         }
 638
 639         return false;
 640 }
 641
 642 static int user_mem_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, phys_addr_t fault_ipa,
 643                           struct kvm_memory_slot *memslot,
 644                           unsigned long fault_status)
 645 {
 646         int ret;
 647         bool write_fault, writable, hugetlb = false, force_pte = false;
 648         unsigned long mmu_seq;
 649         gfn_t gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
 650         unsigned long hva = gfn_to_hva(vcpu->kvm, gfn);
 651         struct kvm *kvm = vcpu->kvm;
 652         struct kvm_mmu_memory_cache *memcache = &vcpu->arch.mmu_page_cache;
 653         struct vm_area_struct *vma;
 654         pfn_t pfn;
 655
 656         write_fault = kvm_is_write_fault(kvm_vcpu_get_hsr(vcpu));
 657         if (fault_status == FSC_PERM && !write_fault) {
 658                 kvm_err("Unexpected L2 read permission error\n");
 659                 return -EFAULT;
 660         }
 661
 662         /* Let's check if we will get back a huge page backed by hugetlbfs */
 663         down_read(&current->mm->mmap_sem);
 664         vma = find_vma_intersection(current->mm, hva, hva + 1);
 665         if (is_vm_hugetlb_page(vma)) {
 666                 hugetlb = true;
 667                 gfn = (fault_ipa & PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT;
 668         } else {
 669                 /*
 670                  * Pages belonging to memslots that don't have the same
 671                  * alignment for userspace and IPA cannot be mapped using
 672                  * block descriptors even if the pages belong to a THP for
 673                  * the process, because the stage-2 block descriptor will
 674                  * cover more than a single THP and we loose atomicity for
 675                  * unmapping, updates, and splits of the THP or other pages
 676                  * in the stage-2 block range.
 677                  */
 678                 if ((memslot->userspace_addr & ~PMD_MASK) !=
 679                     ((memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT) & ~PMD_MASK))
 680                         force_pte = true;
 681         }
 682         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 683
 684         /* We need minimum second+third level pages */
 685         ret = mmu_topup_memory_cache(memcache, 2, KVM_NR_MEM_OBJS);
 686         if (ret)
 687                 return ret;
 688
 689         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 690         /*
 691          * Ensure the read of mmu_notifier_seq happens before we call
 692          * gfn_to_pfn_prot (which calls get_user_pages), so that we don't risk
 693          * the page we just got a reference to gets unmapped before we have a
 694          * chance to grab the mmu_lock, which ensure that if the page gets
 695          * unmapped afterwards, the call to kvm_unmap_hva will take it away
 696          * from us again properly. This smp_rmb() interacts with the smp_wmb()
 697          * in kvm_mmu_notifier_invalidate_<page|range_end>.
 698          */
 699         smp_rmb();
 700
 701         pfn = gfn_to_pfn_prot(kvm, gfn, write_fault, &writable);
 702         if (is_error_pfn(pfn))
 703                 return -EFAULT;
 704
 705         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 706         if (mmu_notifier_retry(kvm, mmu_seq))
 707                 goto out_unlock;
 708         if (!hugetlb && !force_pte)
 709                 hugetlb = transparent_hugepage_adjust(&pfn, &fault_ipa);
 710
 711         if (hugetlb) {
 712                 pmd_t new_pmd = pfn_pmd(pfn, PAGE_S2);
 713                 new_pmd = pmd_mkhuge(new_pmd);
 714                 if (writable) {
 715                         kvm_set_s2pmd_writable(&new_pmd);
 716                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
 717                 }
 718                 coherent_icache_guest_page(kvm, hva & PMD_MASK, PMD_SIZE);
 719                 ret = stage2_set_pmd_huge(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pmd);
 720         } else {
 721                 pte_t new_pte = pfn_pte(pfn, PAGE_S2);
 722                 if (writable) {
 723                         kvm_set_s2pte_writable(&new_pte);
 724                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
 725                 }
 726                 coherent_icache_guest_page(kvm, hva, PAGE_SIZE);
 727                 ret = stage2_set_pte(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pte, false);
 728         }
 729
 730
 731 out_unlock:
 732         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 733         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 734         return ret;
 735 }
 736
 737 /**
 738  * kvm_handle_guest_abort - handles all 2nd stage aborts
 739  * @vcpu:       the VCPU pointer
 740  * @run:        the kvm_run structure
 741  *
 742  * Any abort that gets to the host is almost guaranteed to be caused by a
 743  * missing second stage translation table entry, which can mean that either the
 744  * guest simply needs more memory and we must allocate an appropriate page or it
 745  * can mean that the guest tried to access I/O memory, which is emulated by user
 746  * space. The distinction is based on the IPA causing the fault and whether this
 747  * memory region has been registered as standard RAM by user space.
 748  */
 749 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_run *run)
 750 {
 751         unsigned long fault_status;
 752         phys_addr_t fault_ipa;
 753         struct kvm_memory_slot *memslot;
 754         bool is_iabt;
 755         gfn_t gfn;
 756         int ret, idx;
 757
 758         is_iabt = kvm_vcpu_trap_is_iabt(vcpu);
 759         fault_ipa = kvm_vcpu_get_fault_ipa(vcpu);
 760
 761         trace_kvm_guest_fault(*vcpu_pc(vcpu), kvm_vcpu_get_hsr(vcpu),
 762                               kvm_vcpu_get_hfar(vcpu), fault_ipa);
 763
 764         /* Check the stage-2 fault is trans. fault or write fault */
 765         fault_status = kvm_vcpu_trap_get_fault(vcpu);
 766         if (fault_status != FSC_FAULT && fault_status != FSC_PERM) {
 767                 kvm_err("Unsupported fault status: EC=%#x DFCS=%#lx\n",
 768                         kvm_vcpu_trap_get_class(vcpu), fault_status);
 769                 return -EFAULT;
 770         }
 771
 772         idx = srcu_read_lock(&vcpu->kvm->srcu);
 773
 774         gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
 775         if (!kvm_is_visible_gfn(vcpu->kvm, gfn)) {
 776                 if (is_iabt) {
 777                         /* Prefetch Abort on I/O address */
 778                         kvm_inject_pabt(vcpu, kvm_vcpu_get_hfar(vcpu));
 779                         ret = 1;
 780                         goto out_unlock;
 781                 }
 782
 783                 if (fault_status != FSC_FAULT) {
 784                         kvm_err("Unsupported fault status on io memory: %#lx\n",
 785                                 fault_status);
 786                         ret = -EFAULT;
 787                         goto out_unlock;
 788                 }
 789
 790                 /*
 791                  * The IPA is reported as [MAX:12], so we need to
 792                  * complement it with the bottom 12 bits from the
 793                  * faulting VA. This is always 12 bits, irrespective
 794                  * of the page size.
 795                  */
 796                 fault_ipa |= kvm_vcpu_get_hfar(vcpu) & ((1 << 12) - 1);
 797                 ret = io_mem_abort(vcpu, run, fault_ipa);
 798                 goto out_unlock;
 799         }
 800
 801         memslot = gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gfn);
 802
 803         ret = user_mem_abort(vcpu, fault_ipa, memslot, fault_status);
 804         if (ret == 0)
 805                 ret = 1;
 806 out_unlock:
 807         srcu_read_unlock(&vcpu->kvm->srcu, idx);
 808         return ret;
 809 }
 810
 811 static void handle_hva_to_gpa(struct kvm *kvm,
 812                               unsigned long start,
 813                               unsigned long end,
 814                               void (*handler)(struct kvm *kvm,
 815                                               gpa_t gpa, void *data),
 816                               void *data)
 817 {
 818         struct kvm_memslots *slots;
 819         struct kvm_memory_slot *memslot;
 820
 821         slots = kvm_memslots(kvm);
 822
 823         /* we only care about the pages that the guest sees */
 824         kvm_for_each_memslot(memslot, slots) {
 825                 unsigned long hva_start, hva_end;
 826                 gfn_t gfn, gfn_end;
 827
 828                 hva_start = max(start, memslot->userspace_addr);
 829                 hva_end = min(end, memslot->userspace_addr +
 830                                         (memslot->npages << PAGE_SHIFT));
 831                 if (hva_start >= hva_end)
 832                         continue;
 833
 834                 /*
 835                  * {gfn(page) | page intersects with [hva_start, hva_end)} =
 836                  * {gfn_start, gfn_start+1, ..., gfn_end-1}.
 837                  */
 838                 gfn = hva_to_gfn_memslot(hva_start, memslot);
 839                 gfn_end = hva_to_gfn_memslot(hva_end + PAGE_SIZE - 1, memslot);
 840
 841                 for (; gfn < gfn_end; ++gfn) {
 842                         gpa_t gpa = gfn << PAGE_SHIFT;
 843                         handler(kvm, gpa, data);
 844                 }
 845         }
 846 }
 847
 848 static void kvm_unmap_hva_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
 849 {
 850         unmap_stage2_range(kvm, gpa, PAGE_SIZE);
 851 }
 852
 853 int kvm_unmap_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva)
 854 {
 855         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
 856
 857         if (!kvm->arch.pgd)
 858                 return 0;
 859
 860         trace_kvm_unmap_hva(hva);
 861         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
 862         return 0;
 863 }
 864
 865 int kvm_unmap_hva_range(struct kvm *kvm,
 866                         unsigned long start, unsigned long end)
 867 {
 868         if (!kvm->arch.pgd)
 869                 return 0;
 870
 871         trace_kvm_unmap_hva_range(start, end);
 872         handle_hva_to_gpa(kvm, start, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
 873         return 0;
 874 }
 875
 876 static void kvm_set_spte_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
 877 {
 878         pte_t *pte = (pte_t *)data;
 879
 880         stage2_set_pte(kvm, NULL, gpa, pte, false);
 881 }
 882
 883
 884 void kvm_set_spte_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva, pte_t pte)
 885 {
 886         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
 887         pte_t stage2_pte;
 888
 889         if (!kvm->arch.pgd)
 890                 return;
 891
 892         trace_kvm_set_spte_hva(hva);
 893         stage2_pte = pfn_pte(pte_pfn(pte), PAGE_S2);
 894         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_set_spte_handler, &stage2_pte);
 895 }
 896
 897 void kvm_mmu_free_memory_caches(struct kvm_vcpu *vcpu)
 898 {
 899         mmu_free_memory_cache(&vcpu->arch.mmu_page_cache);
 900 }
 901
 902 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void)
 903 {
 904         return virt_to_phys(hyp_pgd);
 905 }
 906
 907 phys_addr_t kvm_mmu_get_boot_httbr(void)
 908 {
 909         return virt_to_phys(boot_hyp_pgd);
 910 }
 911
 912 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void)
 913 {
 914         return hyp_idmap_vector;
 915 }
 916
 917 int kvm_mmu_init(void)
 918 {
 919         int err;
 920
 921         hyp_idmap_start = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_start);
 922         hyp_idmap_end = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_end);
 923         hyp_idmap_vector = kvm_virt_to_phys(__kvm_hyp_init);
 924
 925         if ((hyp_idmap_start ^ hyp_idmap_end) & PAGE_MASK) {
 926                 /*
 927                  * Our init code is crossing a page boundary. Allocate
 928                  * a bounce page, copy the code over and use that.
 929                  */
 930                 size_t len = __hyp_idmap_text_end - __hyp_idmap_text_start;
 931                 phys_addr_t phys_base;
 932
 933                 init_bounce_page = kmalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
 934                 if (!init_bounce_page) {
 935                         kvm_err("Couldn't allocate HYP init bounce page\n");
 936                         err = -ENOMEM;
 937                         goto out;
 938                 }
 939
 940                 memcpy(init_bounce_page, __hyp_idmap_text_start, len);
 941                 /*
 942                  * Warning: the code we just copied to the bounce page
 943                  * must be flushed to the point of coherency.
 944                  * Otherwise, the data may be sitting in L2, and HYP
 945                  * mode won't be able to observe it as it runs with
 946                  * caches off at that point.
 947                  */
 948                 kvm_flush_dcache_to_poc(init_bounce_page, len);
 949
 950                 phys_base = kvm_virt_to_phys(init_bounce_page);
 951                 hyp_idmap_vector += phys_base - hyp_idmap_start;
 952                 hyp_idmap_start = phys_base;
 953                 hyp_idmap_end = phys_base + len;
 954
 955                 kvm_info("Using HYP init bounce page @%lx\n",
 956                          (unsigned long)phys_base);
 957         }
 958
 959         hyp_pgd = kzalloc(PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t), GFP_KERNEL);
 960         boot_hyp_pgd = kzalloc(PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t), GFP_KERNEL);
 961         if (!hyp_pgd || !boot_hyp_pgd) {
 962                 kvm_err("Hyp mode PGD not allocated\n");
 963                 err = -ENOMEM;
 964                 goto out;
 965         }
 966
 967         /* Create the idmap in the boot page tables */
 968         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
 969                                       hyp_idmap_start, hyp_idmap_end,
 970                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
 971                                       PAGE_HYP);
 972
 973         if (err) {
 974                 kvm_err("Failed to idmap %lx-%lx\n",
 975                         hyp_idmap_start, hyp_idmap_end);
 976                 goto out;
 977         }
 978
 979         /* Map the very same page at the trampoline VA */
 980         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
 981                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
 982                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
 983                                       PAGE_HYP);
 984         if (err) {
 985                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into boot HYP pgd\n",
 986                         TRAMPOLINE_VA);
 987                 goto out;
 988         }
 989
 990         /* Map the same page again into the runtime page tables */
 991         err =   __create_hyp_mappings(hyp_pgd,
 992                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
 993                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
 994                                       PAGE_HYP);
 995         if (err) {
 996                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into runtime HYP pgd\n",
 997                         TRAMPOLINE_VA);
 998                 goto out;
 999         }
1000
1001         return 0;
1002 out:
1003         free_hyp_pgds();
1004         return err;
1005 }