arch/x86/mm/pat.c

   1 /*
   2  * Handle caching attributes in page tables (PAT)
   3  *
   4  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   5  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
   6  *
   7  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
   8  */
   9
  10 #include <linux/seq_file.h>
  11 #include <linux/bootmem.h>
  12 #include <linux/debugfs.h>
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/mm.h>
  17 #include <linux/fs.h>
  18 #include <linux/rbtree.h>
  19
  20 #include <asm/cacheflush.h>
  21 #include <asm/processor.h>
  22 #include <asm/tlbflush.h>
  23 #include <asm/x86_init.h>
  24 #include <asm/pgtable.h>
  25 #include <asm/fcntl.h>
  26 #include <asm/e820.h>
  27 #include <asm/mtrr.h>
  28 #include <asm/page.h>
  29 #include <asm/msr.h>
  30 #include <asm/pat.h>
  31 #include <asm/io.h>
  32
  33 #include "pat_internal.h"
  34 #include "mm_internal.h"
  35
  36 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  37 int __read_mostly pat_enabled = 1;
  38
  39 static inline void pat_disable(const char *reason)
  40 {
  41         pat_enabled = 0;
  42         printk(KERN_INFO "%s\n", reason);
  43 }
  44
  45 static int __init nopat(char *str)
  46 {
  47         pat_disable("PAT support disabled.");
  48         return 0;
  49 }
  50 early_param("nopat", nopat);
  51 #else
  52 static inline void pat_disable(const char *reason)
  53 {
  54         (void)reason;
  55 }
  56 #endif
  57
  58
  59 int pat_debug_enable;
  60
  61 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  62 {
  63         pat_debug_enable = 1;
  64         return 0;
  65 }
  66 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  67
  68 static u64 __read_mostly boot_pat_state;
  69
  70 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  71 /*
  72  * X86 PAT uses page flags WC and Uncached together to keep track of
  73  * memory type of pages that have backing page struct. X86 PAT supports 3
  74  * different memory types, _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC and
  75  * _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS and fourth state where page's memory type has not
  76  * been changed from its default (value of -1 used to denote this).
  77  * Note we do not support _PAGE_CACHE_MODE_UC here.
  78  */
  79
  80 #define _PGMT_DEFAULT           0
  81 #define _PGMT_WC                (1UL << PG_arch_1)
  82 #define _PGMT_UC_MINUS          (1UL << PG_uncached)
  83 #define _PGMT_WB                (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
  84 #define _PGMT_MASK              (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
  85 #define _PGMT_CLEAR_MASK        (~_PGMT_MASK)
  86
  87 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
  88 {
  89         unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
  90
  91         if (pg_flags == _PGMT_DEFAULT)
  92                 return -1;
  93         else if (pg_flags == _PGMT_WC)
  94                 return _PAGE_CACHE_MODE_WC;
  95         else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
  96                 return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
  97         else
  98                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
  99 }
 100
 101 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 102                                     enum page_cache_mode memtype)
 103 {
 104         unsigned long memtype_flags;
 105         unsigned long old_flags;
 106         unsigned long new_flags;
 107
 108         switch (memtype) {
 109         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
 110                 memtype_flags = _PGMT_WC;
 111                 break;
 112         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
 113                 memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
 114                 break;
 115         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
 116                 memtype_flags = _PGMT_WB;
 117                 break;
 118         default:
 119                 memtype_flags = _PGMT_DEFAULT;
 120                 break;
 121         }
 122
 123         do {
 124                 old_flags = pg->flags;
 125                 new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
 126         } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
 127 }
 128 #else
 129 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
 130 {
 131         return -1;
 132 }
 133 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 134                                     enum page_cache_mode memtype)
 135 {
 136 }
 137 #endif
 138
 139 enum {
 140         PAT_UC = 0,             /* uncached */
 141         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
 142         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
 143         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
 144         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
 145         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
 146 };
 147
 148 #define CM(c) (_PAGE_CACHE_MODE_ ## c)
 149
 150 static enum page_cache_mode pat_get_cache_mode(unsigned pat_val, char *msg)
 151 {
 152         enum page_cache_mode cache;
 153         char *cache_mode;
 154
 155         switch (pat_val) {
 156         case PAT_UC:       cache = CM(UC);       cache_mode = "UC  "; break;
 157         case PAT_WC:       cache = CM(WC);       cache_mode = "WC  "; break;
 158         case PAT_WT:       cache = CM(WT);       cache_mode = "WT  "; break;
 159         case PAT_WP:       cache = CM(WP);       cache_mode = "WP  "; break;
 160         case PAT_WB:       cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 161         case PAT_UC_MINUS: cache = CM(UC_MINUS); cache_mode = "UC- "; break;
 162         default:           cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 163         }
 164
 165         memcpy(msg, cache_mode, 4);
 166
 167         return cache;
 168 }
 169
 170 #undef CM
 171
 172 /*
 173  * Update the cache mode to pgprot translation tables according to PAT
 174  * configuration.
 175  * Using lower indices is preferred, so we start with highest index.
 176  */
 177 void pat_init_cache_modes(void)
 178 {
 179         int i;
 180         enum page_cache_mode cache;
 181         char pat_msg[33];
 182         u64 pat;
 183
 184         rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 185         pat_msg[32] = 0;
 186         for (i = 7; i >= 0; i--) {
 187                 cache = pat_get_cache_mode((pat >> (i * 8)) & 7,
 188                                            pat_msg + 4 * i);
 189                 update_cache_mode_entry(i, cache);
 190         }
 191         pr_info("PAT configuration [0-7]: %s\n", pat_msg);
 192 }
 193
 194 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
 195
 196 void pat_init(void)
 197 {
 198         u64 pat;
 199         bool boot_cpu = !boot_pat_state;
 200
 201         if (!pat_enabled)
 202                 return;
 203
 204         if (!cpu_has_pat) {
 205                 if (!boot_pat_state) {
 206                         pat_disable("PAT not supported by CPU.");
 207                         return;
 208                 } else {
 209                         /*
 210                          * If this happens we are on a secondary CPU, but
 211                          * switched to PAT on the boot CPU. We have no way to
 212                          * undo PAT.
 213                          */
 214                         printk(KERN_ERR "PAT enabled, "
 215                                "but not supported by secondary CPU\n");
 216                         BUG();
 217                 }
 218         }
 219
 220         /* Set PWT to Write-Combining. All other bits stay the same */
 221         /*
 222          * PTE encoding used in Linux:
 223          *      PAT
 224          *      |PCD
 225          *      ||PWT
 226          *      |||
 227          *      000 WB          _PAGE_CACHE_WB
 228          *      001 WC          _PAGE_CACHE_WC
 229          *      010 UC-         _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 230          *      011 UC          _PAGE_CACHE_UC
 231          * PAT bit unused
 232          */
 233         pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 234               PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 235
 236         /* Boot CPU check */
 237         if (!boot_pat_state)
 238                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, boot_pat_state);
 239
 240         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 241
 242         if (boot_cpu)
 243                 pat_init_cache_modes();
 244 }
 245
 246 #undef PAT
 247
 248 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype accesses */
 249
 250 /*
 251  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 252  * the resulting memory type as PAT understands it.
 253  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 254  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 255  * SDM vol 3a
 256  */
 257 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end,
 258                                      enum page_cache_mode req_type)
 259 {
 260         /*
 261          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 262          * request is for WB.
 263          */
 264         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
 265                 u8 mtrr_type;
 266
 267                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 268                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
 269                         return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 270
 271                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 272         }
 273
 274         return req_type;
 275 }
 276
 277 struct pagerange_state {
 278         unsigned long           cur_pfn;
 279         int                     ram;
 280         int                     not_ram;
 281 };
 282
 283 static int
 284 pagerange_is_ram_callback(unsigned long initial_pfn, unsigned long total_nr_pages, void *arg)
 285 {
 286         struct pagerange_state *state = arg;
 287
 288         state->not_ram  |= initial_pfn > state->cur_pfn;
 289         state->ram      |= total_nr_pages > 0;
 290         state->cur_pfn   = initial_pfn + total_nr_pages;
 291
 292         return state->ram && state->not_ram;
 293 }
 294
 295 static int pat_pagerange_is_ram(resource_size_t start, resource_size_t end)
 296 {
 297         int ret = 0;
 298         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 299         unsigned long end_pfn = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
 300         struct pagerange_state state = {start_pfn, 0, 0};
 301
 302         /*
 303          * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
 304          * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
 305          * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
 306          * some of those portions are listed(or not even listed) with
 307          * different e820 types(RAM/reserved/..)
 308          */
 309         if (start_pfn < ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT)
 310                 start_pfn = ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT;
 311
 312         if (start_pfn < end_pfn) {
 313                 ret = walk_system_ram_range(start_pfn, end_pfn - start_pfn,
 314                                 &state, pagerange_is_ram_callback);
 315         }
 316
 317         return (ret > 0) ? -1 : (state.ram ? 1 : 0);
 318 }
 319
 320 /*
 321  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
 322  * Here we do two pass:
 323  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts
 324  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range
 325  */
 326 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end,
 327                                   enum page_cache_mode req_type,
 328                                   enum page_cache_mode *new_type)
 329 {
 330         struct page *page;
 331         u64 pfn;
 332
 333         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_UC) {
 334                 /* We do not support strong UC */
 335                 WARN_ON_ONCE(1);
 336                 req_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 337         }
 338
 339         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 340                 enum page_cache_mode type;
 341
 342                 page = pfn_to_page(pfn);
 343                 type = get_page_memtype(page);
 344                 if (type != -1) {
 345                         pr_info("reserve_ram_pages_type failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track 0x%x, req 0x%x\n",
 346                                 start, end - 1, type, req_type);
 347                         if (new_type)
 348                                 *new_type = type;
 349
 350                         return -EBUSY;
 351                 }
 352         }
 353
 354         if (new_type)
 355                 *new_type = req_type;
 356
 357         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 358                 page = pfn_to_page(pfn);
 359                 set_page_memtype(page, req_type);
 360         }
 361         return 0;
 362 }
 363
 364 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
 365 {
 366         struct page *page;
 367         u64 pfn;
 368
 369         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 370                 page = pfn_to_page(pfn);
 371                 set_page_memtype(page, -1);
 372         }
 373         return 0;
 374 }
 375
 376 /*
 377  * req_type typically has one of the:
 378  * - _PAGE_CACHE_MODE_WB
 379  * - _PAGE_CACHE_MODE_WC
 380  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 381  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC
 382  *
 383  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 384  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
 385  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
 386  * it will return a negative return value.
 387  */
 388 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, enum page_cache_mode req_type,
 389                     enum page_cache_mode *new_type)
 390 {
 391         struct memtype *new;
 392         enum page_cache_mode actual_type;
 393         int is_range_ram;
 394         int err = 0;
 395
 396         BUG_ON(start >= end); /* end is exclusive */
 397
 398         if (!pat_enabled) {
 399                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 400                 if (new_type) {
 401                         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WC)
 402                                 *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 403                         else
 404                                 *new_type = req_type;
 405                 }
 406                 return 0;
 407         }
 408
 409         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 410         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
 411                 if (new_type)
 412                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 413                 return 0;
 414         }
 415
 416         /*
 417          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 418          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 419          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 420          * UC_MINUS otherwise.
 421          */
 422         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type);
 423
 424         if (new_type)
 425                 *new_type = actual_type;
 426
 427         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 428         if (is_range_ram == 1) {
 429
 430                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
 431
 432                 return err;
 433         } else if (is_range_ram < 0) {
 434                 return -EINVAL;
 435         }
 436
 437         new  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 438         if (!new)
 439                 return -ENOMEM;
 440
 441         new->start      = start;
 442         new->end        = end;
 443         new->type       = actual_type;
 444
 445         spin_lock(&memtype_lock);
 446
 447         err = rbt_memtype_check_insert(new, new_type);
 448         if (err) {
 449                 printk(KERN_INFO "reserve_memtype failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s\n",
 450                        start, end - 1,
 451                        cattr_name(new->type), cattr_name(req_type));
 452                 kfree(new);
 453                 spin_unlock(&memtype_lock);
 454
 455                 return err;
 456         }
 457
 458         spin_unlock(&memtype_lock);
 459
 460         dprintk("reserve_memtype added [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s, ret %s\n",
 461                 start, end - 1, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type),
 462                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
 463
 464         return err;
 465 }
 466
 467 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 468 {
 469         int err = -EINVAL;
 470         int is_range_ram;
 471         struct memtype *entry;
 472
 473         if (!pat_enabled)
 474                 return 0;
 475
 476         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 477         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
 478                 return 0;
 479
 480         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 481         if (is_range_ram == 1) {
 482
 483                 err = free_ram_pages_type(start, end);
 484
 485                 return err;
 486         } else if (is_range_ram < 0) {
 487                 return -EINVAL;
 488         }
 489
 490         spin_lock(&memtype_lock);
 491         entry = rbt_memtype_erase(start, end);
 492         spin_unlock(&memtype_lock);
 493
 494         if (!entry) {
 495                 printk(KERN_INFO "%s:%d freeing invalid memtype [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 496                        current->comm, current->pid, start, end - 1);
 497                 return -EINVAL;
 498         }
 499
 500         kfree(entry);
 501
 502         dprintk("free_memtype request [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", start, end - 1);
 503
 504         return 0;
 505 }
 506
 507
 508 /**
 509  * lookup_memtype - Looksup the memory type for a physical address
 510  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
 511  *
 512  * Only to be called when PAT is enabled
 513  *
 514  * Returns _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC, _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 515  * or _PAGE_CACHE_MODE_UC
 516  */
 517 static enum page_cache_mode lookup_memtype(u64 paddr)
 518 {
 519         enum page_cache_mode rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 520         struct memtype *entry;
 521
 522         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
 523                 return rettype;
 524
 525         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
 526                 struct page *page;
 527                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
 528                 rettype = get_page_memtype(page);
 529                 /*
 530                  * -1 from get_page_memtype() implies RAM page is in its
 531                  * default state and not reserved, and hence of type WB
 532                  */
 533                 if (rettype == -1)
 534                         rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 535
 536                 return rettype;
 537         }
 538
 539         spin_lock(&memtype_lock);
 540
 541         entry = rbt_memtype_lookup(paddr);
 542         if (entry != NULL)
 543                 rettype = entry->type;
 544         else
 545                 rettype = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 546
 547         spin_unlock(&memtype_lock);
 548         return rettype;
 549 }
 550
 551 /**
 552  * io_reserve_memtype - Request a memory type mapping for a region of memory
 553  * @start: start (physical address) of the region
 554  * @end: end (physical address) of the region
 555  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
 556  * or any other compatible type that was available for the region is returned
 557  *
 558  * On success, returns 0
 559  * On failure, returns non-zero
 560  */
 561 int io_reserve_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end,
 562                         enum page_cache_mode *type)
 563 {
 564         resource_size_t size = end - start;
 565         enum page_cache_mode req_type = *type;
 566         enum page_cache_mode new_type;
 567         int ret;
 568
 569         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
 570
 571         ret = reserve_memtype(start, end, req_type, &new_type);
 572         if (ret)
 573                 goto out_err;
 574
 575         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
 576                 goto out_free;
 577
 578         if (kernel_map_sync_memtype(start, size, new_type) < 0)
 579                 goto out_free;
 580
 581         *type = new_type;
 582         return 0;
 583
 584 out_free:
 585         free_memtype(start, end);
 586         ret = -EBUSY;
 587 out_err:
 588         return ret;
 589 }
 590
 591 /**
 592  * io_free_memtype - Release a memory type mapping for a region of memory
 593  * @start: start (physical address) of the region
 594  * @end: end (physical address) of the region
 595  */
 596 void io_free_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end)
 597 {
 598         free_memtype(start, end);
 599 }
 600
 601 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 602                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 603 {
 604         return vma_prot;
 605 }
 606
 607 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 608 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM*/
 609 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 610 {
 611         return 1;
 612 }
 613 #else
 614 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
 615 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 616 {
 617         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 618         u64 to = from + size;
 619         u64 cursor = from;
 620
 621         if (!pat_enabled)
 622                 return 1;
 623
 624         while (cursor < to) {
 625                 if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
 626                         printk(KERN_INFO "Program %s tried to access /dev/mem between [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 627                                 current->comm, from, to - 1);
 628                         return 0;
 629                 }
 630                 cursor += PAGE_SIZE;
 631                 pfn++;
 632         }
 633         return 1;
 634 }
 635 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
 636
 637 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 638                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 639 {
 640         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 641
 642         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 643                 return 0;
 644
 645         if (file->f_flags & O_DSYNC)
 646                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 647
 648 #ifdef CONFIG_X86_32
 649         /*
 650          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 651          * memory types for physical addresses outside main memory,
 652          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 653          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 654          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 655          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 656          */
 657         if (!pat_enabled &&
 658             !(boot_cpu_has(X86_FEATURE_MTRR) ||
 659               boot_cpu_has(X86_FEATURE_K6_MTRR) ||
 660               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CYRIX_ARR) ||
 661               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR)) &&
 662             (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 663                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC;
 664         }
 665 #endif
 666
 667         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 668                              cachemode2protval(pcm));
 669         return 1;
 670 }
 671
 672 /*
 673  * Change the memory type for the physial address range in kernel identity
 674  * mapping space if that range is a part of identity map.
 675  */
 676 int kernel_map_sync_memtype(u64 base, unsigned long size,
 677                             enum page_cache_mode pcm)
 678 {
 679         unsigned long id_sz;
 680
 681         if (base > __pa(high_memory-1))
 682                 return 0;
 683
 684         /*
 685          * some areas in the middle of the kernel identity range
 686          * are not mapped, like the PCI space.
 687          */
 688         if (!page_is_ram(base >> PAGE_SHIFT))
 689                 return 0;
 690
 691         id_sz = (__pa(high_memory-1) <= base + size) ?
 692                                 __pa(high_memory) - base :
 693                                 size;
 694
 695         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, pcm) < 0) {
 696                 printk(KERN_INFO "%s:%d ioremap_change_attr failed %s "
 697                         "for [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 698                         current->comm, current->pid,
 699                         cattr_name(pcm),
 700                         base, (unsigned long long)(base + size-1));
 701                 return -EINVAL;
 702         }
 703         return 0;
 704 }
 705
 706 /*
 707  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
 708  * Reserved non RAM regions only and after successful reserve_memtype,
 709  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
 710  */
 711 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
 712                                 int strict_prot)
 713 {
 714         int is_ram = 0;
 715         int ret;
 716         enum page_cache_mode want_pcm = pgprot2cachemode(*vma_prot);
 717         enum page_cache_mode pcm = want_pcm;
 718
 719         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 720
 721         /*
 722          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
 723          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
 724          * the type requested matches the type of first page in the range.
 725          */
 726         if (is_ram) {
 727                 if (!pat_enabled)
 728                         return 0;
 729
 730                 pcm = lookup_memtype(paddr);
 731                 if (want_pcm != pcm) {
 732                         printk(KERN_WARNING "%s:%d map pfn RAM range req %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 733                                 current->comm, current->pid,
 734                                 cattr_name(want_pcm),
 735                                 (unsigned long long)paddr,
 736                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 737                                 cattr_name(pcm));
 738                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 739                                              (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 740                                              cachemode2protval(pcm));
 741                 }
 742                 return 0;
 743         }
 744
 745         ret = reserve_memtype(paddr, paddr + size, want_pcm, &pcm);
 746         if (ret)
 747                 return ret;
 748
 749         if (pcm != want_pcm) {
 750                 if (strict_prot ||
 751                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_pcm, pcm)) {
 752                         free_memtype(paddr, paddr + size);
 753                         printk(KERN_ERR "%s:%d map pfn expected mapping type %s"
 754                                 " for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 755                                 current->comm, current->pid,
 756                                 cattr_name(want_pcm),
 757                                 (unsigned long long)paddr,
 758                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 759                                 cattr_name(pcm));
 760                         return -EINVAL;
 761                 }
 762                 /*
 763                  * We allow returning different type than the one requested in
 764                  * non strict case.
 765                  */
 766                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 767                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 768                                      cachemode2protval(pcm));
 769         }
 770
 771         if (kernel_map_sync_memtype(paddr, size, pcm) < 0) {
 772                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 773                 return -EINVAL;
 774         }
 775         return 0;
 776 }
 777
 778 /*
 779  * Internal interface to free a range of physical memory.
 780  * Frees non RAM regions only.
 781  */
 782 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
 783 {
 784         int is_ram;
 785
 786         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 787         if (is_ram == 0)
 788                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 789 }
 790
 791 /*
 792  * track_pfn_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
 793  * copied through copy_page_range().
 794  *
 795  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
 796  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
 797  */
 798 int track_pfn_copy(struct vm_area_struct *vma)
 799 {
 800         resource_size_t paddr;
 801         unsigned long prot;
 802         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 803         pgprot_t pgprot;
 804
 805         if (vma->vm_flags & VM_PAT) {
 806                 /*
 807                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
 808                  * starting address and protection from pte.
 809                  */
 810                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 811                         WARN_ON_ONCE(1);
 812                         return -EINVAL;
 813                 }
 814                 pgprot = __pgprot(prot);
 815                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
 816         }
 817
 818         return 0;
 819 }
 820
 821 /*
 822  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has a
 823  * linear pfn mapping for the entire range reserve the entire vma range with
 824  * single reserve_pfn_range call.
 825  */
 826 int track_pfn_remap(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 827                     unsigned long pfn, unsigned long addr, unsigned long size)
 828 {
 829         resource_size_t paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 830         enum page_cache_mode pcm;
 831
 832         /* reserve the whole chunk starting from paddr */
 833         if (addr == vma->vm_start && size == (vma->vm_end - vma->vm_start)) {
 834                 int ret;
 835
 836                 ret = reserve_pfn_range(paddr, size, prot, 0);
 837                 if (!ret)
 838                         vma->vm_flags |= VM_PAT;
 839                 return ret;
 840         }
 841
 842         if (!pat_enabled)
 843                 return 0;
 844
 845         /*
 846          * For anything smaller than the vma size we set prot based on the
 847          * lookup.
 848          */
 849         pcm = lookup_memtype(paddr);
 850
 851         /* Check memtype for the remaining pages */
 852         while (size > PAGE_SIZE) {
 853                 size -= PAGE_SIZE;
 854                 paddr += PAGE_SIZE;
 855                 if (pcm != lookup_memtype(paddr))
 856                         return -EINVAL;
 857         }
 858
 859         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 860                          cachemode2protval(pcm));
 861
 862         return 0;
 863 }
 864
 865 int track_pfn_insert(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 866                      unsigned long pfn)
 867 {
 868         enum page_cache_mode pcm;
 869
 870         if (!pat_enabled)
 871                 return 0;
 872
 873         /* Set prot based on lookup */
 874         pcm = lookup_memtype((resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT);
 875         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 876                          cachemode2protval(pcm));
 877
 878         return 0;
 879 }
 880
 881 /*
 882  * untrack_pfn is called while unmapping a pfnmap for a region.
 883  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
 884  * can be for the entire vma (in which case pfn, size are zero).
 885  */
 886 void untrack_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
 887                  unsigned long size)
 888 {
 889         resource_size_t paddr;
 890         unsigned long prot;
 891
 892         if (!(vma->vm_flags & VM_PAT))
 893                 return;
 894
 895         /* free the chunk starting from pfn or the whole chunk */
 896         paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 897         if (!paddr && !size) {
 898                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 899                         WARN_ON_ONCE(1);
 900                         return;
 901                 }
 902
 903                 size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 904         }
 905         free_pfn_range(paddr, size);
 906         vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
 907 }
 908
 909 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
 910 {
 911         if (pat_enabled)
 912                 return __pgprot(pgprot_val(prot) |
 913                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
 914         else
 915                 return pgprot_noncached(prot);
 916 }
 917 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
 918
 919 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
 920
 921 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
 922 {
 923         struct memtype *print_entry;
 924         int ret;
 925
 926         print_entry  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 927         if (!print_entry)
 928                 return NULL;
 929
 930         spin_lock(&memtype_lock);
 931         ret = rbt_memtype_copy_nth_element(print_entry, pos);
 932         spin_unlock(&memtype_lock);
 933
 934         if (!ret) {
 935                 return print_entry;
 936         } else {
 937                 kfree(print_entry);
 938                 return NULL;
 939         }
 940 }
 941
 942 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
 943 {
 944         if (*pos == 0) {
 945                 ++*pos;
 946                 seq_puts(seq, "PAT memtype list:\n");
 947         }
 948
 949         return memtype_get_idx(*pos);
 950 }
 951
 952 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
 953 {
 954         ++*pos;
 955         return memtype_get_idx(*pos);
 956 }
 957
 958 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
 959 {
 960 }
 961
 962 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
 963 {
 964         struct memtype *print_entry = (struct memtype *)v;
 965
 966         seq_printf(seq, "%s @ 0x%Lx-0x%Lx\n", cattr_name(print_entry->type),
 967                         print_entry->start, print_entry->end);
 968         kfree(print_entry);
 969
 970         return 0;
 971 }
 972
 973 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
 974         .start = memtype_seq_start,
 975         .next  = memtype_seq_next,
 976         .stop  = memtype_seq_stop,
 977         .show  = memtype_seq_show,
 978 };
 979
 980 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
 981 {
 982         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
 983 }
 984
 985 static const struct file_operations memtype_fops = {
 986         .open    = memtype_seq_open,
 987         .read    = seq_read,
 988         .llseek  = seq_lseek,
 989         .release = seq_release,
 990 };
 991
 992 static int __init pat_memtype_list_init(void)
 993 {
 994         if (pat_enabled) {
 995                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
 996                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
 997         }
 998         return 0;
 999 }
1000
1001 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1002
1003 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */