drivers/vfio/vfio_iommu_type1.c

   1 /*
   2  * VFIO: IOMMU DMA mapping support for Type1 IOMMU
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 Red Hat, Inc.  All rights reserved.
   5  *     Author: Alex Williamson <alex.williamson@redhat.com>
   6  *
   7  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
   9  * published by the Free Software Foundation.
  10  *
  11  * Derived from original vfio:
  12  * Copyright 2010 Cisco Systems, Inc.  All rights reserved.
  13  * Author: Tom Lyon, pugs@cisco.com
  14  *
  15  * We arbitrarily define a Type1 IOMMU as one matching the below code.
  16  * It could be called the x86 IOMMU as it's designed for AMD-Vi & Intel
  17  * VT-d, but that makes it harder to re-use as theoretically anyone
  18  * implementing a similar IOMMU could make use of this.  We expect the
  19  * IOMMU to support the IOMMU API and have few to no restrictions around
  20  * the IOVA range that can be mapped.  The Type1 IOMMU is currently
  21  * optimized for relatively static mappings of a userspace process with
  22  * userpsace pages pinned into memory.  We also assume devices and IOMMU
  23  * domains are PCI based as the IOMMU API is still centered around a
  24  * device/bus interface rather than a group interface.
  25  */
  26
  27 #include <linux/compat.h>
  28 #include <linux/device.h>
  29 #include <linux/fs.h>
  30 #include <linux/iommu.h>
  31 #include <linux/module.h>
  32 #include <linux/mm.h>
  33 #include <linux/rbtree.h>
  34 #include <linux/sched.h>
  35 #include <linux/slab.h>
  36 #include <linux/uaccess.h>
  37 #include <linux/vfio.h>
  38 #include <linux/workqueue.h>
  39
  40 #define DRIVER_VERSION  "0.2"
  41 #define DRIVER_AUTHOR   "Alex Williamson <alex.williamson@redhat.com>"
  42 #define DRIVER_DESC     "Type1 IOMMU driver for VFIO"
  43
  44 static bool allow_unsafe_interrupts;
  45 module_param_named(allow_unsafe_interrupts,
  46                    allow_unsafe_interrupts, bool, S_IRUGO | S_IWUSR);
  47 MODULE_PARM_DESC(allow_unsafe_interrupts,
  48                  "Enable VFIO IOMMU support for on platforms without interrupt remapping support.");
  49
  50 static bool disable_hugepages;
  51 module_param_named(disable_hugepages,
  52                    disable_hugepages, bool, S_IRUGO | S_IWUSR);
  53 MODULE_PARM_DESC(disable_hugepages,
  54                  "Disable VFIO IOMMU support for IOMMU hugepages.");
  55
  56 struct vfio_iommu {
  57         struct list_head        domain_list;
  58         struct mutex            lock;
  59         struct rb_root          dma_list;
  60         bool                    v2;
  61         bool                    nesting;
  62 };
  63
  64 struct vfio_domain {
  65         struct iommu_domain     *domain;
  66         struct list_head        next;
  67         struct list_head        group_list;
  68         int                     prot;           /* IOMMU_CACHE */
  69         bool                    fgsp;           /* Fine-grained super pages */
  70 };
  71
  72 struct vfio_dma {
  73         struct rb_node          node;
  74         dma_addr_t              iova;           /* Device address */
  75         unsigned long           vaddr;          /* Process virtual addr */
  76         size_t                  size;           /* Map size (bytes) */
  77         int                     prot;           /* IOMMU_READ/WRITE */
  78 };
  79
  80 struct vfio_group {
  81         struct iommu_group      *iommu_group;
  82         struct list_head        next;
  83 };
  84
  85 /*
  86  * This code handles mapping and unmapping of user data buffers
  87  * into DMA'ble space using the IOMMU
  88  */
  89
  90 static struct vfio_dma *vfio_find_dma(struct vfio_iommu *iommu,
  91                                       dma_addr_t start, size_t size)
  92 {
  93         struct rb_node *node = iommu->dma_list.rb_node;
  94
  95         while (node) {
  96                 struct vfio_dma *dma = rb_entry(node, struct vfio_dma, node);
  97
  98                 if (start + size <= dma->iova)
  99                         node = node->rb_left;
 100                 else if (start >= dma->iova + dma->size)
 101                         node = node->rb_right;
 102                 else
 103                         return dma;
 104         }
 105
 106         return NULL;
 107 }
 108
 109 static void vfio_link_dma(struct vfio_iommu *iommu, struct vfio_dma *new)
 110 {
 111         struct rb_node **link = &iommu->dma_list.rb_node, *parent = NULL;
 112         struct vfio_dma *dma;
 113
 114         while (*link) {
 115                 parent = *link;
 116                 dma = rb_entry(parent, struct vfio_dma, node);
 117
 118                 if (new->iova + new->size <= dma->iova)
 119                         link = &(*link)->rb_left;
 120                 else
 121                         link = &(*link)->rb_right;
 122         }
 123
 124         rb_link_node(&new->node, parent, link);
 125         rb_insert_color(&new->node, &iommu->dma_list);
 126 }
 127
 128 static void vfio_unlink_dma(struct vfio_iommu *iommu, struct vfio_dma *old)
 129 {
 130         rb_erase(&old->node, &iommu->dma_list);
 131 }
 132
 133 struct vwork {
 134         struct mm_struct        *mm;
 135         long                    npage;
 136         struct work_struct      work;
 137 };
 138
 139 /* delayed decrement/increment for locked_vm */
 140 static void vfio_lock_acct_bg(struct work_struct *work)
 141 {
 142         struct vwork *vwork = container_of(work, struct vwork, work);
 143         struct mm_struct *mm;
 144
 145         mm = vwork->mm;
 146         down_write(&mm->mmap_sem);
 147         mm->locked_vm += vwork->npage;
 148         up_write(&mm->mmap_sem);
 149         mmput(mm);
 150         kfree(vwork);
 151 }
 152
 153 static void vfio_lock_acct(long npage)
 154 {
 155         struct vwork *vwork;
 156         struct mm_struct *mm;
 157
 158         if (!current->mm || !npage)
 159                 return; /* process exited or nothing to do */
 160
 161         if (down_write_trylock(&current->mm->mmap_sem)) {
 162                 current->mm->locked_vm += npage;
 163                 up_write(&current->mm->mmap_sem);
 164                 return;
 165         }
 166
 167         /*
 168          * Couldn't get mmap_sem lock, so must setup to update
 169          * mm->locked_vm later. If locked_vm were atomic, we
 170          * wouldn't need this silliness
 171          */
 172         vwork = kmalloc(sizeof(struct vwork), GFP_KERNEL);
 173         if (!vwork)
 174                 return;
 175         mm = get_task_mm(current);
 176         if (!mm) {
 177                 kfree(vwork);
 178                 return;
 179         }
 180         INIT_WORK(&vwork->work, vfio_lock_acct_bg);
 181         vwork->mm = mm;
 182         vwork->npage = npage;
 183         schedule_work(&vwork->work);
 184 }
 185
 186 /*
 187  * Some mappings aren't backed by a struct page, for example an mmap'd
 188  * MMIO range for our own or another device.  These use a different
 189  * pfn conversion and shouldn't be tracked as locked pages.
 190  */
 191 static bool is_invalid_reserved_pfn(unsigned long pfn)
 192 {
 193         if (pfn_valid(pfn)) {
 194                 bool reserved;
 195                 struct page *tail = pfn_to_page(pfn);
 196                 struct page *head = compound_head(tail);
 197                 reserved = !!(PageReserved(head));
 198                 if (head != tail) {
 199                         /*
 200                          * "head" is not a dangling pointer
 201                          * (compound_head takes care of that)
 202                          * but the hugepage may have been split
 203                          * from under us (and we may not hold a
 204                          * reference count on the head page so it can
 205                          * be reused before we run PageReferenced), so
 206                          * we've to check PageTail before returning
 207                          * what we just read.
 208                          */
 209                         smp_rmb();
 210                         if (PageTail(tail))
 211                                 return reserved;
 212                 }
 213                 return PageReserved(tail);
 214         }
 215
 216         return true;
 217 }
 218
 219 static int put_pfn(unsigned long pfn, int prot)
 220 {
 221         if (!is_invalid_reserved_pfn(pfn)) {
 222                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 223                 if (prot & IOMMU_WRITE)
 224                         SetPageDirty(page);
 225                 put_page(page);
 226                 return 1;
 227         }
 228         return 0;
 229 }
 230
 231 static int vaddr_get_pfn(unsigned long vaddr, int prot, unsigned long *pfn)
 232 {
 233         struct page *page[1];
 234         struct vm_area_struct *vma;
 235         int ret = -EFAULT;
 236
 237         if (get_user_pages_fast(vaddr, 1, !!(prot & IOMMU_WRITE), page) == 1) {
 238                 *pfn = page_to_pfn(page[0]);
 239                 return 0;
 240         }
 241
 242         down_read(&current->mm->mmap_sem);
 243
 244         vma = find_vma_intersection(current->mm, vaddr, vaddr + 1);
 245
 246         if (vma && vma->vm_flags & VM_PFNMAP) {
 247                 *pfn = ((vaddr - vma->vm_start) >> PAGE_SHIFT) + vma->vm_pgoff;
 248                 if (is_invalid_reserved_pfn(*pfn))
 249                         ret = 0;
 250         }
 251
 252         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 253
 254         return ret;
 255 }
 256
 257 /*
 258  * Attempt to pin pages.  We really don't want to track all the pfns and
 259  * the iommu can only map chunks of consecutive pfns anyway, so get the
 260  * first page and all consecutive pages with the same locking.
 261  */
 262 static long vfio_pin_pages(unsigned long vaddr, long npage,
 263                            int prot, unsigned long *pfn_base)
 264 {
 265         unsigned long limit = rlimit(RLIMIT_MEMLOCK) >> PAGE_SHIFT;
 266         bool lock_cap = capable(CAP_IPC_LOCK);
 267         long ret, i;
 268         bool rsvd;
 269
 270         if (!current->mm)
 271                 return -ENODEV;
 272
 273         ret = vaddr_get_pfn(vaddr, prot, pfn_base);
 274         if (ret)
 275                 return ret;
 276
 277         rsvd = is_invalid_reserved_pfn(*pfn_base);
 278
 279         if (!rsvd && !lock_cap && current->mm->locked_vm + 1 > limit) {
 280                 put_pfn(*pfn_base, prot);
 281                 pr_warn("%s: RLIMIT_MEMLOCK (%ld) exceeded\n", __func__,
 282                         limit << PAGE_SHIFT);
 283                 return -ENOMEM;
 284         }
 285
 286         if (unlikely(disable_hugepages)) {
 287                 if (!rsvd)
 288                         vfio_lock_acct(1);
 289                 return 1;
 290         }
 291
 292         /* Lock all the consecutive pages from pfn_base */
 293         for (i = 1, vaddr += PAGE_SIZE; i < npage; i++, vaddr += PAGE_SIZE) {
 294                 unsigned long pfn = 0;
 295
 296                 ret = vaddr_get_pfn(vaddr, prot, &pfn);
 297                 if (ret)
 298                         break;
 299
 300                 if (pfn != *pfn_base + i ||
 301                     rsvd != is_invalid_reserved_pfn(pfn)) {
 302                         put_pfn(pfn, prot);
 303                         break;
 304                 }
 305
 306                 if (!rsvd && !lock_cap &&
 307                     current->mm->locked_vm + i + 1 > limit) {
 308                         put_pfn(pfn, prot);
 309                         pr_warn("%s: RLIMIT_MEMLOCK (%ld) exceeded\n",
 310                                 __func__, limit << PAGE_SHIFT);
 311                         break;
 312                 }
 313         }
 314
 315         if (!rsvd)
 316                 vfio_lock_acct(i);
 317
 318         return i;
 319 }
 320
 321 static long vfio_unpin_pages(unsigned long pfn, long npage,
 322                              int prot, bool do_accounting)
 323 {
 324         unsigned long unlocked = 0;
 325         long i;
 326
 327         for (i = 0; i < npage; i++)
 328                 unlocked += put_pfn(pfn++, prot);
 329
 330         if (do_accounting)
 331                 vfio_lock_acct(-unlocked);
 332
 333         return unlocked;
 334 }
 335
 336 static void vfio_unmap_unpin(struct vfio_iommu *iommu, struct vfio_dma *dma)
 337 {
 338         dma_addr_t iova = dma->iova, end = dma->iova + dma->size;
 339         struct vfio_domain *domain, *d;
 340         long unlocked = 0;
 341
 342         if (!dma->size)
 343                 return;
 344         /*
 345          * We use the IOMMU to track the physical addresses, otherwise we'd
 346          * need a much more complicated tracking system.  Unfortunately that
 347          * means we need to use one of the iommu domains to figure out the
 348          * pfns to unpin.  The rest need to be unmapped in advance so we have
 349          * no iommu translations remaining when the pages are unpinned.
 350          */
 351         domain = d = list_first_entry(&iommu->domain_list,
 352                                       struct vfio_domain, next);
 353
 354         list_for_each_entry_continue(d, &iommu->domain_list, next)
 355                 iommu_unmap(d->domain, dma->iova, dma->size);
 356
 357         while (iova < end) {
 358                 size_t unmapped, len;
 359                 phys_addr_t phys, next;
 360
 361                 phys = iommu_iova_to_phys(domain->domain, iova);
 362                 if (WARN_ON(!phys)) {
 363                         iova += PAGE_SIZE;
 364                         continue;
 365                 }
 366
 367                 /*
 368                  * To optimize for fewer iommu_unmap() calls, each of which
 369                  * may require hardware cache flushing, try to find the
 370                  * largest contiguous physical memory chunk to unmap.
 371                  */
 372                 for (len = PAGE_SIZE;
 373                      !domain->fgsp && iova + len < end; len += PAGE_SIZE) {
 374                         next = iommu_iova_to_phys(domain->domain, iova + len);
 375                         if (next != phys + len)
 376                                 break;
 377                 }
 378
 379                 unmapped = iommu_unmap(domain->domain, iova, len);
 380                 if (WARN_ON(!unmapped))
 381                         break;
 382
 383                 unlocked += vfio_unpin_pages(phys >> PAGE_SHIFT,
 384                                              unmapped >> PAGE_SHIFT,
 385                                              dma->prot, false);
 386                 iova += unmapped;
 387         }
 388
 389         vfio_lock_acct(-unlocked);
 390 }
 391
 392 static void vfio_remove_dma(struct vfio_iommu *iommu, struct vfio_dma *dma)
 393 {
 394         vfio_unmap_unpin(iommu, dma);
 395         vfio_unlink_dma(iommu, dma);
 396         kfree(dma);
 397 }
 398
 399 static unsigned long vfio_pgsize_bitmap(struct vfio_iommu *iommu)
 400 {
 401         struct vfio_domain *domain;
 402         unsigned long bitmap = PAGE_MASK;
 403
 404         mutex_lock(&iommu->lock);
 405         list_for_each_entry(domain, &iommu->domain_list, next)
 406                 bitmap &= domain->domain->ops->pgsize_bitmap;
 407         mutex_unlock(&iommu->lock);
 408
 409         return bitmap;
 410 }
 411
 412 static int vfio_dma_do_unmap(struct vfio_iommu *iommu,
 413                              struct vfio_iommu_type1_dma_unmap *unmap)
 414 {
 415         uint64_t mask;
 416         struct vfio_dma *dma;
 417         size_t unmapped = 0;
 418         int ret = 0;
 419
 420         mask = ((uint64_t)1 << __ffs(vfio_pgsize_bitmap(iommu))) - 1;
 421
 422         if (unmap->iova & mask)
 423                 return -EINVAL;
 424         if (!unmap->size || unmap->size & mask)
 425                 return -EINVAL;
 426
 427         WARN_ON(mask & PAGE_MASK);
 428
 429         mutex_lock(&iommu->lock);
 430
 431         /*
 432          * vfio-iommu-type1 (v1) - User mappings were coalesced together to
 433          * avoid tracking individual mappings.  This means that the granularity
 434          * of the original mapping was lost and the user was allowed to attempt
 435          * to unmap any range.  Depending on the contiguousness of physical
 436          * memory and page sizes supported by the IOMMU, arbitrary unmaps may
 437          * or may not have worked.  We only guaranteed unmap granularity
 438          * matching the original mapping; even though it was untracked here,
 439          * the original mappings are reflected in IOMMU mappings.  This
 440          * resulted in a couple unusual behaviors.  First, if a range is not
 441          * able to be unmapped, ex. a set of 4k pages that was mapped as a
 442          * 2M hugepage into the IOMMU, the unmap ioctl returns success but with
 443          * a zero sized unmap.  Also, if an unmap request overlaps the first
 444          * address of a hugepage, the IOMMU will unmap the entire hugepage.
 445          * This also returns success and the returned unmap size reflects the
 446          * actual size unmapped.
 447          *
 448          * We attempt to maintain compatibility with this "v1" interface, but
 449          * we take control out of the hands of the IOMMU.  Therefore, an unmap
 450          * request offset from the beginning of the original mapping will
 451          * return success with zero sized unmap.  And an unmap request covering
 452          * the first iova of mapping will unmap the entire range.
 453          *
 454          * The v2 version of this interface intends to be more deterministic.
 455          * Unmap requests must fully cover previous mappings.  Multiple
 456          * mappings may still be unmaped by specifying large ranges, but there
 457          * must not be any previous mappings bisected by the range.  An error
 458          * will be returned if these conditions are not met.  The v2 interface
 459          * will only return success and a size of zero if there were no
 460          * mappings within the range.
 461          */
 462         if (iommu->v2) {
 463                 dma = vfio_find_dma(iommu, unmap->iova, 0);
 464                 if (dma && dma->iova != unmap->iova) {
 465                         ret = -EINVAL;
 466                         goto unlock;
 467                 }
 468                 dma = vfio_find_dma(iommu, unmap->iova + unmap->size - 1, 0);
 469                 if (dma && dma->iova + dma->size != unmap->iova + unmap->size) {
 470                         ret = -EINVAL;
 471                         goto unlock;
 472                 }
 473         }
 474
 475         while ((dma = vfio_find_dma(iommu, unmap->iova, unmap->size))) {
 476                 if (!iommu->v2 && unmap->iova > dma->iova)
 477                         break;
 478                 unmapped += dma->size;
 479                 vfio_remove_dma(iommu, dma);
 480         }
 481
 482 unlock:
 483         mutex_unlock(&iommu->lock);
 484
 485         /* Report how much was unmapped */
 486         unmap->size = unmapped;
 487
 488         return ret;
 489 }
 490
 491 /*
 492  * Turns out AMD IOMMU has a page table bug where it won't map large pages
 493  * to a region that previously mapped smaller pages.  This should be fixed
 494  * soon, so this is just a temporary workaround to break mappings down into
 495  * PAGE_SIZE.  Better to map smaller pages than nothing.
 496  */
 497 static int map_try_harder(struct vfio_domain *domain, dma_addr_t iova,
 498                           unsigned long pfn, long npage, int prot)
 499 {
 500         long i;
 501         int ret;
 502
 503         for (i = 0; i < npage; i++, pfn++, iova += PAGE_SIZE) {
 504                 ret = iommu_map(domain->domain, iova,
 505                                 (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT,
 506                                 PAGE_SIZE, prot | domain->prot);
 507                 if (ret)
 508                         break;
 509         }
 510
 511         for (; i < npage && i > 0; i--, iova -= PAGE_SIZE)
 512                 iommu_unmap(domain->domain, iova, PAGE_SIZE);
 513
 514         return ret;
 515 }
 516
 517 static int vfio_iommu_map(struct vfio_iommu *iommu, dma_addr_t iova,
 518                           unsigned long pfn, long npage, int prot)
 519 {
 520         struct vfio_domain *d;
 521         int ret;
 522
 523         list_for_each_entry(d, &iommu->domain_list, next) {
 524                 ret = iommu_map(d->domain, iova, (phys_addr_t)pfn << PAGE_SHIFT,
 525                                 npage << PAGE_SHIFT, prot | d->prot);
 526                 if (ret) {
 527                         if (ret != -EBUSY ||
 528                             map_try_harder(d, iova, pfn, npage, prot))
 529                                 goto unwind;
 530                 }
 531         }
 532
 533         return 0;
 534
 535 unwind:
 536         list_for_each_entry_continue_reverse(d, &iommu->domain_list, next)
 537                 iommu_unmap(d->domain, iova, npage << PAGE_SHIFT);
 538
 539         return ret;
 540 }
 541
 542 static int vfio_dma_do_map(struct vfio_iommu *iommu,
 543                            struct vfio_iommu_type1_dma_map *map)
 544 {
 545         dma_addr_t iova = map->iova;
 546         unsigned long vaddr = map->vaddr;
 547         size_t size = map->size;
 548         long npage;
 549         int ret = 0, prot = 0;
 550         uint64_t mask;
 551         struct vfio_dma *dma;
 552         unsigned long pfn;
 553
 554         /* Verify that none of our __u64 fields overflow */
 555         if (map->size != size || map->vaddr != vaddr || map->iova != iova)
 556                 return -EINVAL;
 557
 558         mask = ((uint64_t)1 << __ffs(vfio_pgsize_bitmap(iommu))) - 1;
 559
 560         WARN_ON(mask & PAGE_MASK);
 561
 562         /* READ/WRITE from device perspective */
 563         if (map->flags & VFIO_DMA_MAP_FLAG_WRITE)
 564                 prot |= IOMMU_WRITE;
 565         if (map->flags & VFIO_DMA_MAP_FLAG_READ)
 566                 prot |= IOMMU_READ;
 567
 568         if (!prot || !size || (size | iova | vaddr) & mask)
 569                 return -EINVAL;
 570
 571         /* Don't allow IOVA or virtual address wrap */
 572         if (iova + size - 1 < iova || vaddr + size - 1 < vaddr)
 573                 return -EINVAL;
 574
 575         mutex_lock(&iommu->lock);
 576
 577         if (vfio_find_dma(iommu, iova, size)) {
 578                 mutex_unlock(&iommu->lock);
 579                 return -EEXIST;
 580         }
 581
 582         dma = kzalloc(sizeof(*dma), GFP_KERNEL);
 583         if (!dma) {
 584                 mutex_unlock(&iommu->lock);
 585                 return -ENOMEM;
 586         }
 587
 588         dma->iova = iova;
 589         dma->vaddr = vaddr;
 590         dma->prot = prot;
 591
 592         /* Insert zero-sized and grow as we map chunks of it */
 593         vfio_link_dma(iommu, dma);
 594
 595         while (size) {
 596                 /* Pin a contiguous chunk of memory */
 597                 npage = vfio_pin_pages(vaddr + dma->size,
 598                                        size >> PAGE_SHIFT, prot, &pfn);
 599                 if (npage <= 0) {
 600                         WARN_ON(!npage);
 601                         ret = (int)npage;
 602                         break;
 603                 }
 604
 605                 /* Map it! */
 606                 ret = vfio_iommu_map(iommu, iova + dma->size, pfn, npage, prot);
 607                 if (ret) {
 608                         vfio_unpin_pages(pfn, npage, prot, true);
 609                         break;
 610                 }
 611
 612                 size -= npage << PAGE_SHIFT;
 613                 dma->size += npage << PAGE_SHIFT;
 614         }
 615
 616         if (ret)
 617                 vfio_remove_dma(iommu, dma);
 618
 619         mutex_unlock(&iommu->lock);
 620         return ret;
 621 }
 622
 623 static int vfio_bus_type(struct device *dev, void *data)
 624 {
 625         struct bus_type **bus = data;
 626
 627         if (*bus && *bus != dev->bus)
 628                 return -EINVAL;
 629
 630         *bus = dev->bus;
 631
 632         return 0;
 633 }
 634
 635 static int vfio_iommu_replay(struct vfio_iommu *iommu,
 636                              struct vfio_domain *domain)
 637 {
 638         struct vfio_domain *d;
 639         struct rb_node *n;
 640         int ret;
 641
 642         /* Arbitrarily pick the first domain in the list for lookups */
 643         d = list_first_entry(&iommu->domain_list, struct vfio_domain, next);
 644         n = rb_first(&iommu->dma_list);
 645
 646         /* If there's not a domain, there better not be any mappings */
 647         if (WARN_ON(n && !d))
 648                 return -EINVAL;
 649
 650         for (; n; n = rb_next(n)) {
 651                 struct vfio_dma *dma;
 652                 dma_addr_t iova;
 653
 654                 dma = rb_entry(n, struct vfio_dma, node);
 655                 iova = dma->iova;
 656
 657                 while (iova < dma->iova + dma->size) {
 658                         phys_addr_t phys = iommu_iova_to_phys(d->domain, iova);
 659                         size_t size;
 660
 661                         if (WARN_ON(!phys)) {
 662                                 iova += PAGE_SIZE;
 663                                 continue;
 664                         }
 665
 666                         size = PAGE_SIZE;
 667
 668                         while (iova + size < dma->iova + dma->size &&
 669                                phys + size == iommu_iova_to_phys(d->domain,
 670                                                                  iova + size))
 671                                 size += PAGE_SIZE;
 672
 673                         ret = iommu_map(domain->domain, iova, phys,
 674                                         size, dma->prot | domain->prot);
 675                         if (ret)
 676                                 return ret;
 677
 678                         iova += size;
 679                 }
 680         }
 681
 682         return 0;
 683 }
 684
 685 /*
 686  * We change our unmap behavior slightly depending on whether the IOMMU
 687  * supports fine-grained superpages.  IOMMUs like AMD-Vi will use a superpage
 688  * for practically any contiguous power-of-two mapping we give it.  This means
 689  * we don't need to look for contiguous chunks ourselves to make unmapping
 690  * more efficient.  On IOMMUs with coarse-grained super pages, like Intel VT-d
 691  * with discrete 2M/1G/512G/1T superpages, identifying contiguous chunks
 692  * significantly boosts non-hugetlbfs mappings and doesn't seem to hurt when
 693  * hugetlbfs is in use.
 694  */
 695 static void vfio_test_domain_fgsp(struct vfio_domain *domain)
 696 {
 697         struct page *pages;
 698         int ret, order = get_order(PAGE_SIZE * 2);
 699
 700         pages = alloc_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, order);
 701         if (!pages)
 702                 return;
 703
 704         ret = iommu_map(domain->domain, 0, page_to_phys(pages), PAGE_SIZE * 2,
 705                         IOMMU_READ | IOMMU_WRITE | domain->prot);
 706         if (!ret) {
 707                 size_t unmapped = iommu_unmap(domain->domain, 0, PAGE_SIZE);
 708
 709                 if (unmapped == PAGE_SIZE)
 710                         iommu_unmap(domain->domain, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
 711                 else
 712                         domain->fgsp = true;
 713         }
 714
 715         __free_pages(pages, order);
 716 }
 717
 718 static int vfio_iommu_type1_attach_group(void *iommu_data,
 719                                          struct iommu_group *iommu_group)
 720 {
 721         struct vfio_iommu *iommu = iommu_data;
 722         struct vfio_group *group, *g;
 723         struct vfio_domain *domain, *d;
 724         struct bus_type *bus = NULL;
 725         int ret;
 726
 727         mutex_lock(&iommu->lock);
 728
 729         list_for_each_entry(d, &iommu->domain_list, next) {
 730                 list_for_each_entry(g, &d->group_list, next) {
 731                         if (g->iommu_group != iommu_group)
 732                                 continue;
 733
 734                         mutex_unlock(&iommu->lock);
 735                         return -EINVAL;
 736                 }
 737         }
 738
 739         group = kzalloc(sizeof(*group), GFP_KERNEL);
 740         domain = kzalloc(sizeof(*domain), GFP_KERNEL);
 741         if (!group || !domain) {
 742                 ret = -ENOMEM;
 743                 goto out_free;
 744         }
 745
 746         group->iommu_group = iommu_group;
 747
 748         /* Determine bus_type in order to allocate a domain */
 749         ret = iommu_group_for_each_dev(iommu_group, &bus, vfio_bus_type);
 750         if (ret)
 751                 goto out_free;
 752
 753         domain->domain = iommu_domain_alloc(bus);
 754         if (!domain->domain) {
 755                 ret = -EIO;
 756                 goto out_free;
 757         }
 758
 759         if (iommu->nesting) {
 760                 int attr = 1;
 761
 762                 ret = iommu_domain_set_attr(domain->domain, DOMAIN_ATTR_NESTING,
 763                                             &attr);
 764                 if (ret)
 765                         goto out_domain;
 766         }
 767
 768         ret = iommu_attach_group(domain->domain, iommu_group);
 769         if (ret)
 770                 goto out_domain;
 771
 772         INIT_LIST_HEAD(&domain->group_list);
 773         list_add(&group->next, &domain->group_list);
 774
 775         if (!allow_unsafe_interrupts &&
 776             !iommu_capable(bus, IOMMU_CAP_INTR_REMAP)) {
 777                 pr_warn("%s: No interrupt remapping support.  Use the module param \"allow_unsafe_interrupts\" to enable VFIO IOMMU support on this platform\n",
 778                        __func__);
 779                 ret = -EPERM;
 780                 goto out_detach;
 781         }
 782
 783         if (iommu_capable(bus, IOMMU_CAP_CACHE_COHERENCY))
 784                 domain->prot |= IOMMU_CACHE;
 785
 786         /*
 787          * Try to match an existing compatible domain.  We don't want to
 788          * preclude an IOMMU driver supporting multiple bus_types and being
 789          * able to include different bus_types in the same IOMMU domain, so
 790          * we test whether the domains use the same iommu_ops rather than
 791          * testing if they're on the same bus_type.
 792          */
 793         list_for_each_entry(d, &iommu->domain_list, next) {
 794                 if (d->domain->ops == domain->domain->ops &&
 795                     d->prot == domain->prot) {
 796                         iommu_detach_group(domain->domain, iommu_group);
 797                         if (!iommu_attach_group(d->domain, iommu_group)) {
 798                                 list_add(&group->next, &d->group_list);
 799                                 iommu_domain_free(domain->domain);
 800                                 kfree(domain);
 801                                 mutex_unlock(&iommu->lock);
 802                                 return 0;
 803                         }
 804
 805                         ret = iommu_attach_group(domain->domain, iommu_group);
 806                         if (ret)
 807                                 goto out_domain;
 808                 }
 809         }
 810
 811         vfio_test_domain_fgsp(domain);
 812
 813         /* replay mappings on new domains */
 814         ret = vfio_iommu_replay(iommu, domain);
 815         if (ret)
 816                 goto out_detach;
 817
 818         list_add(&domain->next, &iommu->domain_list);
 819
 820         mutex_unlock(&iommu->lock);
 821
 822         return 0;
 823
 824 out_detach:
 825         iommu_detach_group(domain->domain, iommu_group);
 826 out_domain:
 827         iommu_domain_free(domain->domain);
 828 out_free:
 829         kfree(domain);
 830         kfree(group);
 831         mutex_unlock(&iommu->lock);
 832         return ret;
 833 }
 834
 835 static void vfio_iommu_unmap_unpin_all(struct vfio_iommu *iommu)
 836 {
 837         struct rb_node *node;
 838
 839         while ((node = rb_first(&iommu->dma_list)))
 840                 vfio_remove_dma(iommu, rb_entry(node, struct vfio_dma, node));
 841 }
 842
 843 static void vfio_iommu_type1_detach_group(void *iommu_data,
 844                                           struct iommu_group *iommu_group)
 845 {
 846         struct vfio_iommu *iommu = iommu_data;
 847         struct vfio_domain *domain;
 848         struct vfio_group *group;
 849
 850         mutex_lock(&iommu->lock);
 851
 852         list_for_each_entry(domain, &iommu->domain_list, next) {
 853                 list_for_each_entry(group, &domain->group_list, next) {
 854                         if (group->iommu_group != iommu_group)
 855                                 continue;
 856
 857                         iommu_detach_group(domain->domain, iommu_group);
 858                         list_del(&group->next);
 859                         kfree(group);
 860                         /*
 861                          * Group ownership provides privilege, if the group
 862                          * list is empty, the domain goes away.  If it's the
 863                          * last domain, then all the mappings go away too.
 864                          */
 865                         if (list_empty(&domain->group_list)) {
 866                                 if (list_is_singular(&iommu->domain_list))
 867                                         vfio_iommu_unmap_unpin_all(iommu);
 868                                 iommu_domain_free(domain->domain);
 869                                 list_del(&domain->next);
 870                                 kfree(domain);
 871                         }
 872                         goto done;
 873                 }
 874         }
 875
 876 done:
 877         mutex_unlock(&iommu->lock);
 878 }
 879
 880 static void *vfio_iommu_type1_open(unsigned long arg)
 881 {
 882         struct vfio_iommu *iommu;
 883
 884         iommu = kzalloc(sizeof(*iommu), GFP_KERNEL);
 885         if (!iommu)
 886                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 887
 888         switch (arg) {
 889         case VFIO_TYPE1_IOMMU:
 890                 break;
 891         case VFIO_TYPE1_NESTING_IOMMU:
 892                 iommu->nesting = true;
 893         case VFIO_TYPE1v2_IOMMU:
 894                 iommu->v2 = true;
 895                 break;
 896         default:
 897                 kfree(iommu);
 898                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 899         }
 900
 901         INIT_LIST_HEAD(&iommu->domain_list);
 902         iommu->dma_list = RB_ROOT;
 903         mutex_init(&iommu->lock);
 904
 905         return iommu;
 906 }
 907
 908 static void vfio_iommu_type1_release(void *iommu_data)
 909 {
 910         struct vfio_iommu *iommu = iommu_data;
 911         struct vfio_domain *domain, *domain_tmp;
 912         struct vfio_group *group, *group_tmp;
 913
 914         vfio_iommu_unmap_unpin_all(iommu);
 915
 916         list_for_each_entry_safe(domain, domain_tmp,
 917                                  &iommu->domain_list, next) {
 918                 list_for_each_entry_safe(group, group_tmp,
 919                                          &domain->group_list, next) {
 920                         iommu_detach_group(domain->domain, group->iommu_group);
 921                         list_del(&group->next);
 922                         kfree(group);
 923                 }
 924                 iommu_domain_free(domain->domain);
 925                 list_del(&domain->next);
 926                 kfree(domain);
 927         }
 928
 929         kfree(iommu);
 930 }
 931
 932 static int vfio_domains_have_iommu_cache(struct vfio_iommu *iommu)
 933 {
 934         struct vfio_domain *domain;
 935         int ret = 1;
 936
 937         mutex_lock(&iommu->lock);
 938         list_for_each_entry(domain, &iommu->domain_list, next) {
 939                 if (!(domain->prot & IOMMU_CACHE)) {
 940                         ret = 0;
 941                         break;
 942                 }
 943         }
 944         mutex_unlock(&iommu->lock);
 945
 946         return ret;
 947 }
 948
 949 static long vfio_iommu_type1_ioctl(void *iommu_data,
 950                                    unsigned int cmd, unsigned long arg)
 951 {
 952         struct vfio_iommu *iommu = iommu_data;
 953         unsigned long minsz;
 954
 955         if (cmd == VFIO_CHECK_EXTENSION) {
 956                 switch (arg) {
 957                 case VFIO_TYPE1_IOMMU:
 958                 case VFIO_TYPE1v2_IOMMU:
 959                 case VFIO_TYPE1_NESTING_IOMMU:
 960                         return 1;
 961                 case VFIO_DMA_CC_IOMMU:
 962                         if (!iommu)
 963                                 return 0;
 964                         return vfio_domains_have_iommu_cache(iommu);
 965                 default:
 966                         return 0;
 967                 }
 968         } else if (cmd == VFIO_IOMMU_GET_INFO) {
 969                 struct vfio_iommu_type1_info info;
 970
 971                 minsz = offsetofend(struct vfio_iommu_type1_info, iova_pgsizes);
 972
 973                 if (copy_from_user(&info, (void __user *)arg, minsz))
 974                         return -EFAULT;
 975
 976                 if (info.argsz < minsz)
 977                         return -EINVAL;
 978
 979                 info.flags = 0;
 980
 981                 info.iova_pgsizes = vfio_pgsize_bitmap(iommu);
 982
 983                 return copy_to_user((void __user *)arg, &info, minsz);
 984
 985         } else if (cmd == VFIO_IOMMU_MAP_DMA) {
 986                 struct vfio_iommu_type1_dma_map map;
 987                 uint32_t mask = VFIO_DMA_MAP_FLAG_READ |
 988                                 VFIO_DMA_MAP_FLAG_WRITE;
 989
 990                 minsz = offsetofend(struct vfio_iommu_type1_dma_map, size);
 991
 992                 if (copy_from_user(&map, (void __user *)arg, minsz))
 993                         return -EFAULT;
 994
 995                 if (map.argsz < minsz || map.flags & ~mask)
 996                         return -EINVAL;
 997
 998                 return vfio_dma_do_map(iommu, &map);
 999
1000         } else if (cmd == VFIO_IOMMU_UNMAP_DMA) {
1001                 struct vfio_iommu_type1_dma_unmap unmap;
1002                 long ret;
1003
1004                 minsz = offsetofend(struct vfio_iommu_type1_dma_unmap, size);
1005
1006                 if (copy_from_user(&unmap, (void __user *)arg, minsz))
1007                         return -EFAULT;
1008
1009                 if (unmap.argsz < minsz || unmap.flags)
1010                         return -EINVAL;
1011
1012                 ret = vfio_dma_do_unmap(iommu, &unmap);
1013                 if (ret)
1014                         return ret;
1015
1016                 return copy_to_user((void __user *)arg, &unmap, minsz);
1017         }
1018
1019         return -ENOTTY;
1020 }
1021
1022 static const struct vfio_iommu_driver_ops vfio_iommu_driver_ops_type1 = {
1023         .name           = "vfio-iommu-type1",
1024         .owner          = THIS_MODULE,
1025         .open           = vfio_iommu_type1_open,
1026         .release        = vfio_iommu_type1_release,
1027         .ioctl          = vfio_iommu_type1_ioctl,
1028         .attach_group   = vfio_iommu_type1_attach_group,
1029         .detach_group   = vfio_iommu_type1_detach_group,
1030 };
1031
1032 static int __init vfio_iommu_type1_init(void)
1033 {
1034         return vfio_register_iommu_driver(&vfio_iommu_driver_ops_type1);
1035 }
1036
1037 static void __exit vfio_iommu_type1_cleanup(void)
1038 {
1039         vfio_unregister_iommu_driver(&vfio_iommu_driver_ops_type1);
1040 }
1041
1042 module_init(vfio_iommu_type1_init);
1043 module_exit(vfio_iommu_type1_cleanup);
1044
1045 MODULE_VERSION(DRIVER_VERSION);
1046 MODULE_LICENSE("GPL v2");
1047 MODULE_AUTHOR(DRIVER_AUTHOR);
1048 MODULE_DESCRIPTION(DRIVER_DESC);