drivers/gpu/drm/i915/i915_vgpu.c

   1 /*
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   3  *
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   7  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
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  10  *
  11  * The above copyright notice and this permission notice (including the next
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  13  * Software.
  14  *
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  21  * SOFTWARE.
  22  */
  23
  24 #include "intel_drv.h"
  25 #include "i915_vgpu.h"
  26
  27 /**
  28  * DOC: Intel GVT-g guest support
  29  *
  30  * Intel GVT-g is a graphics virtualization technology which shares the
  31  * GPU among multiple virtual machines on a time-sharing basis. Each
  32  * virtual machine is presented a virtual GPU (vGPU), which has equivalent
  33  * features as the underlying physical GPU (pGPU), so i915 driver can run
  34  * seamlessly in a virtual machine. This file provides vGPU specific
  35  * optimizations when running in a virtual machine, to reduce the complexity
  36  * of vGPU emulation and to improve the overall performance.
  37  *
  38  * A primary function introduced here is so-called "address space ballooning"
  39  * technique. Intel GVT-g partitions global graphics memory among multiple VMs,
  40  * so each VM can directly access a portion of the memory without hypervisor's
  41  * intervention, e.g. filling textures or queuing commands. However with the
  42  * partitioning an unmodified i915 driver would assume a smaller graphics
  43  * memory starting from address ZERO, then requires vGPU emulation module to
  44  * translate the graphics address between 'guest view' and 'host view', for
  45  * all registers and command opcodes which contain a graphics memory address.
  46  * To reduce the complexity, Intel GVT-g introduces "address space ballooning",
  47  * by telling the exact partitioning knowledge to each guest i915 driver, which
  48  * then reserves and prevents non-allocated portions from allocation. Thus vGPU
  49  * emulation module only needs to scan and validate graphics addresses without
  50  * complexity of address translation.
  51  *
  52  */
  53
  54 /**
  55  * i915_check_vgpu - detect virtual GPU
  56  * @dev: drm device *
  57  *
  58  * This function is called at the initialization stage, to detect whether
  59  * running on a vGPU.
  60  */
  61 void i915_check_vgpu(struct drm_i915_private *dev_priv)
  62 {
  63         uint64_t magic;
  64         uint32_t version;
  65
  66         BUILD_BUG_ON(sizeof(struct vgt_if) != VGT_PVINFO_SIZE);
  67
  68         if (!IS_HASWELL(dev_priv))
  69                 return;
  70
  71         magic = __raw_i915_read64(dev_priv, vgtif_reg(magic));
  72         if (magic != VGT_MAGIC)
  73                 return;
  74
  75         version = INTEL_VGT_IF_VERSION_ENCODE(
  76                 __raw_i915_read16(dev_priv, vgtif_reg(version_major)),
  77                 __raw_i915_read16(dev_priv, vgtif_reg(version_minor)));
  78         if (version != INTEL_VGT_IF_VERSION) {
  79                 DRM_INFO("VGT interface version mismatch!\n");
  80                 return;
  81         }
  82
  83         dev_priv->vgpu.active = true;
  84         DRM_INFO("Virtual GPU for Intel GVT-g detected.\n");
  85 }
  86
  87 struct _balloon_info_ {
  88         /*
  89          * There are up to 2 regions per mappable/unmappable graphic
  90          * memory that might be ballooned. Here, index 0/1 is for mappable
  91          * graphic memory, 2/3 for unmappable graphic memory.
  92          */
  93         struct drm_mm_node space[4];
  94 };
  95
  96 static struct _balloon_info_ bl_info;
  97
  98 /**
  99  * intel_vgt_deballoon - deballoon reserved graphics address trunks
 100  *
 101  * This function is called to deallocate the ballooned-out graphic memory, when
 102  * driver is unloaded or when ballooning fails.
 103  */
 104 void intel_vgt_deballoon(void)
 105 {
 106         int i;
 107
 108         DRM_DEBUG("VGT deballoon.\n");
 109
 110         for (i = 0; i < 4; i++) {
 111                 if (bl_info.space[i].allocated)
 112                         drm_mm_remove_node(&bl_info.space[i]);
 113         }
 114
 115         memset(&bl_info, 0, sizeof(bl_info));
 116 }
 117
 118 static int vgt_balloon_space(struct drm_mm *mm,
 119                              struct drm_mm_node *node,
 120                              unsigned long start, unsigned long end)
 121 {
 122         unsigned long size = end - start;
 123
 124         if (start == end)
 125                 return -EINVAL;
 126
 127         DRM_INFO("balloon space: range [ 0x%lx - 0x%lx ] %lu KiB.\n",
 128                  start, end, size / 1024);
 129
 130         node->start = start;
 131         node->size = size;
 132
 133         return drm_mm_reserve_node(mm, node);
 134 }
 135
 136 /**
 137  * intel_vgt_balloon - balloon out reserved graphics address trunks
 138  * @dev_priv: i915 device
 139  *
 140  * This function is called at the initialization stage, to balloon out the
 141  * graphic address space allocated to other vGPUs, by marking these spaces as
 142  * reserved. The ballooning related knowledge(starting address and size of
 143  * the mappable/unmappable graphic memory) is described in the vgt_if structure
 144  * in a reserved mmio range.
 145  *
 146  * To give an example, the drawing below depicts one typical scenario after
 147  * ballooning. Here the vGPU1 has 2 pieces of graphic address spaces ballooned
 148  * out each for the mappable and the non-mappable part. From the vGPU1 point of
 149  * view, the total size is the same as the physical one, with the start address
 150  * of its graphic space being zero. Yet there are some portions ballooned out(
 151  * the shadow part, which are marked as reserved by drm allocator). From the
 152  * host point of view, the graphic address space is partitioned by multiple
 153  * vGPUs in different VMs.
 154  *
 155  *                        vGPU1 view         Host view
 156  *             0 ------> +-----------+     +-----------+
 157  *               ^       |///////////|     |   vGPU3   |
 158  *               |       |///////////|     +-----------+
 159  *               |       |///////////|     |   vGPU2   |
 160  *               |       +-----------+     +-----------+
 161  *        mappable GM    | available | ==> |   vGPU1   |
 162  *               |       +-----------+     +-----------+
 163  *               |       |///////////|     |           |
 164  *               v       |///////////|     |   Host    |
 165  *               +=======+===========+     +===========+
 166  *               ^       |///////////|     |   vGPU3   |
 167  *               |       |///////////|     +-----------+
 168  *               |       |///////////|     |   vGPU2   |
 169  *               |       +-----------+     +-----------+
 170  *      unmappable GM    | available | ==> |   vGPU1   |
 171  *               |       +-----------+     +-----------+
 172  *               |       |///////////|     |           |
 173  *               |       |///////////|     |   Host    |
 174  *               v       |///////////|     |           |
 175  * total GM size ------> +-----------+     +-----------+
 176  *
 177  * Returns:
 178  * zero on success, non-zero if configuration invalid or ballooning failed
 179  */
 180 int intel_vgt_balloon(struct drm_device *dev)
 181 {
 182         struct drm_i915_private *dev_priv = to_i915(dev);
 183         struct i915_ggtt *ggtt = &dev_priv->ggtt;
 184         unsigned long ggtt_end = ggtt->base.start + ggtt->base.total;
 185
 186         unsigned long mappable_base, mappable_size, mappable_end;
 187         unsigned long unmappable_base, unmappable_size, unmappable_end;
 188         int ret;
 189
 190         mappable_base = I915_READ(vgtif_reg(avail_rs.mappable_gmadr.base));
 191         mappable_size = I915_READ(vgtif_reg(avail_rs.mappable_gmadr.size));
 192         unmappable_base = I915_READ(vgtif_reg(avail_rs.nonmappable_gmadr.base));
 193         unmappable_size = I915_READ(vgtif_reg(avail_rs.nonmappable_gmadr.size));
 194
 195         mappable_end = mappable_base + mappable_size;
 196         unmappable_end = unmappable_base + unmappable_size;
 197
 198         DRM_INFO("VGT ballooning configuration:\n");
 199         DRM_INFO("Mappable graphic memory: base 0x%lx size %ldKiB\n",
 200                  mappable_base, mappable_size / 1024);
 201         DRM_INFO("Unmappable graphic memory: base 0x%lx size %ldKiB\n",
 202                  unmappable_base, unmappable_size / 1024);
 203
 204         if (mappable_base < ggtt->base.start ||
 205             mappable_end > ggtt->mappable_end ||
 206             unmappable_base < ggtt->mappable_end ||
 207             unmappable_end > ggtt_end) {
 208                 DRM_ERROR("Invalid ballooning configuration!\n");
 209                 return -EINVAL;
 210         }
 211
 212         /* Unmappable graphic memory ballooning */
 213         if (unmappable_base > ggtt->mappable_end) {
 214                 ret = vgt_balloon_space(&ggtt->base.mm,
 215                                         &bl_info.space[2],
 216                                         ggtt->mappable_end,
 217                                         unmappable_base);
 218
 219                 if (ret)
 220                         goto err;
 221         }
 222
 223         /*
 224          * No need to partition out the last physical page,
 225          * because it is reserved to the guard page.
 226          */
 227         if (unmappable_end < ggtt_end - PAGE_SIZE) {
 228                 ret = vgt_balloon_space(&ggtt->base.mm,
 229                                         &bl_info.space[3],
 230                                         unmappable_end,
 231                                         ggtt_end - PAGE_SIZE);
 232                 if (ret)
 233                         goto err;
 234         }
 235
 236         /* Mappable graphic memory ballooning */
 237         if (mappable_base > ggtt->base.start) {
 238                 ret = vgt_balloon_space(&ggtt->base.mm,
 239                                         &bl_info.space[0],
 240                                         ggtt->base.start, mappable_base);
 241
 242                 if (ret)
 243                         goto err;
 244         }
 245
 246         if (mappable_end < ggtt->mappable_end) {
 247                 ret = vgt_balloon_space(&ggtt->base.mm,
 248                                         &bl_info.space[1],
 249                                         mappable_end,
 250                                         ggtt->mappable_end);
 251
 252                 if (ret)
 253                         goto err;
 254         }
 255
 256         DRM_INFO("VGT balloon successfully\n");
 257         return 0;
 258
 259 err:
 260         DRM_ERROR("VGT balloon fail\n");
 261         intel_vgt_deballoon();
 262         return ret;
 263 }