6b2cd922d3221061987688f4d03534e7068d6036
[cascardo/linux.git] / drivers / virtio / virtio_ring.c
1 /* Virtio ring implementation.
2  *
3  *  Copyright 2007 Rusty Russell IBM Corporation
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 as published by
7  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
8  *  (at your option) any later version.
9  *
10  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  *  GNU General Public License for more details.
14  *
15  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
16  *  along with this program; if not, write to the Free Software
17  *  Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
18  */
19 #include <linux/virtio.h>
20 #include <linux/virtio_ring.h>
21 #include <linux/virtio_config.h>
22 #include <linux/device.h>
23 #include <linux/slab.h>
24 #include <linux/module.h>
25 #include <linux/hrtimer.h>
26 #include <linux/kmemleak.h>
27 #include <linux/dma-mapping.h>
28 #include <xen/xen.h>
29
30 #ifdef DEBUG
31 /* For development, we want to crash whenever the ring is screwed. */
32 #define BAD_RING(_vq, fmt, args...)                             \
33         do {                                                    \
34                 dev_err(&(_vq)->vq.vdev->dev,                   \
35                         "%s:"fmt, (_vq)->vq.name, ##args);      \
36                 BUG();                                          \
37         } while (0)
38 /* Caller is supposed to guarantee no reentry. */
39 #define START_USE(_vq)                                          \
40         do {                                                    \
41                 if ((_vq)->in_use)                              \
42                         panic("%s:in_use = %i\n",               \
43                               (_vq)->vq.name, (_vq)->in_use);   \
44                 (_vq)->in_use = __LINE__;                       \
45         } while (0)
46 #define END_USE(_vq) \
47         do { BUG_ON(!(_vq)->in_use); (_vq)->in_use = 0; } while(0)
48 #else
49 #define BAD_RING(_vq, fmt, args...)                             \
50         do {                                                    \
51                 dev_err(&_vq->vq.vdev->dev,                     \
52                         "%s:"fmt, (_vq)->vq.name, ##args);      \
53                 (_vq)->broken = true;                           \
54         } while (0)
55 #define START_USE(vq)
56 #define END_USE(vq)
57 #endif
58
59 struct vring_desc_state {
60         void *data;                     /* Data for callback. */
61         struct vring_desc *indir_desc;  /* Indirect descriptor, if any. */
62 };
63
64 struct vring_virtqueue {
65         struct virtqueue vq;
66
67         /* Actual memory layout for this queue */
68         struct vring vring;
69
70         /* Can we use weak barriers? */
71         bool weak_barriers;
72
73         /* Other side has made a mess, don't try any more. */
74         bool broken;
75
76         /* Host supports indirect buffers */
77         bool indirect;
78
79         /* Host publishes avail event idx */
80         bool event;
81
82         /* Head of free buffer list. */
83         unsigned int free_head;
84         /* Number we've added since last sync. */
85         unsigned int num_added;
86
87         /* Last used index we've seen. */
88         u16 last_used_idx;
89
90         /* Last written value to avail->flags */
91         u16 avail_flags_shadow;
92
93         /* Last written value to avail->idx in guest byte order */
94         u16 avail_idx_shadow;
95
96         /* How to notify other side. FIXME: commonalize hcalls! */
97         bool (*notify)(struct virtqueue *vq);
98
99         /* DMA, allocation, and size information */
100         bool we_own_ring;
101         size_t queue_size_in_bytes;
102         dma_addr_t queue_dma_addr;
103
104 #ifdef DEBUG
105         /* They're supposed to lock for us. */
106         unsigned int in_use;
107
108         /* Figure out if their kicks are too delayed. */
109         bool last_add_time_valid;
110         ktime_t last_add_time;
111 #endif
112
113         /* Per-descriptor state. */
114         struct vring_desc_state desc_state[];
115 };
116
117 #define to_vvq(_vq) container_of(_vq, struct vring_virtqueue, vq)
118
119 /*
120  * Modern virtio devices have feature bits to specify whether they need a
121  * quirk and bypass the IOMMU. If not there, just use the DMA API.
122  *
123  * If there, the interaction between virtio and DMA API is messy.
124  *
125  * On most systems with virtio, physical addresses match bus addresses,
126  * and it doesn't particularly matter whether we use the DMA API.
127  *
128  * On some systems, including Xen and any system with a physical device
129  * that speaks virtio behind a physical IOMMU, we must use the DMA API
130  * for virtio DMA to work at all.
131  *
132  * On other systems, including SPARC and PPC64, virtio-pci devices are
133  * enumerated as though they are behind an IOMMU, but the virtio host
134  * ignores the IOMMU, so we must either pretend that the IOMMU isn't
135  * there or somehow map everything as the identity.
136  *
137  * For the time being, we preserve historic behavior and bypass the DMA
138  * API.
139  *
140  * TODO: install a per-device DMA ops structure that does the right thing
141  * taking into account all the above quirks, and use the DMA API
142  * unconditionally on data path.
143  */
144
145 static bool vring_use_dma_api(struct virtio_device *vdev)
146 {
147         if (!virtio_has_iommu_quirk(vdev))
148                 return true;
149
150         /* Otherwise, we are left to guess. */
151         /*
152          * In theory, it's possible to have a buggy QEMU-supposed
153          * emulated Q35 IOMMU and Xen enabled at the same time.  On
154          * such a configuration, virtio has never worked and will
155          * not work without an even larger kludge.  Instead, enable
156          * the DMA API if we're a Xen guest, which at least allows
157          * all of the sensible Xen configurations to work correctly.
158          */
159         if (xen_domain())
160                 return true;
161
162         return false;
163 }
164
165 /*
166  * The DMA ops on various arches are rather gnarly right now, and
167  * making all of the arch DMA ops work on the vring device itself
168  * is a mess.  For now, we use the parent device for DMA ops.
169  */
170 static struct device *vring_dma_dev(const struct vring_virtqueue *vq)
171 {
172         return vq->vq.vdev->dev.parent;
173 }
174
175 /* Map one sg entry. */
176 static dma_addr_t vring_map_one_sg(const struct vring_virtqueue *vq,
177                                    struct scatterlist *sg,
178                                    enum dma_data_direction direction)
179 {
180         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
181                 return (dma_addr_t)sg_phys(sg);
182
183         /*
184          * We can't use dma_map_sg, because we don't use scatterlists in
185          * the way it expects (we don't guarantee that the scatterlist
186          * will exist for the lifetime of the mapping).
187          */
188         return dma_map_page(vring_dma_dev(vq),
189                             sg_page(sg), sg->offset, sg->length,
190                             direction);
191 }
192
193 static dma_addr_t vring_map_single(const struct vring_virtqueue *vq,
194                                    void *cpu_addr, size_t size,
195                                    enum dma_data_direction direction)
196 {
197         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
198                 return (dma_addr_t)virt_to_phys(cpu_addr);
199
200         return dma_map_single(vring_dma_dev(vq),
201                               cpu_addr, size, direction);
202 }
203
204 static void vring_unmap_one(const struct vring_virtqueue *vq,
205                             struct vring_desc *desc)
206 {
207         u16 flags;
208
209         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
210                 return;
211
212         flags = virtio16_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->flags);
213
214         if (flags & VRING_DESC_F_INDIRECT) {
215                 dma_unmap_single(vring_dma_dev(vq),
216                                  virtio64_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->addr),
217                                  virtio32_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->len),
218                                  (flags & VRING_DESC_F_WRITE) ?
219                                  DMA_FROM_DEVICE : DMA_TO_DEVICE);
220         } else {
221                 dma_unmap_page(vring_dma_dev(vq),
222                                virtio64_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->addr),
223                                virtio32_to_cpu(vq->vq.vdev, desc->len),
224                                (flags & VRING_DESC_F_WRITE) ?
225                                DMA_FROM_DEVICE : DMA_TO_DEVICE);
226         }
227 }
228
229 static int vring_mapping_error(const struct vring_virtqueue *vq,
230                                dma_addr_t addr)
231 {
232         if (!vring_use_dma_api(vq->vq.vdev))
233                 return 0;
234
235         return dma_mapping_error(vring_dma_dev(vq), addr);
236 }
237
238 static struct vring_desc *alloc_indirect(struct virtqueue *_vq,
239                                          unsigned int total_sg, gfp_t gfp)
240 {
241         struct vring_desc *desc;
242         unsigned int i;
243
244         /*
245          * We require lowmem mappings for the descriptors because
246          * otherwise virt_to_phys will give us bogus addresses in the
247          * virtqueue.
248          */
249         gfp &= ~__GFP_HIGHMEM;
250
251         desc = kmalloc(total_sg * sizeof(struct vring_desc), gfp);
252         if (!desc)
253                 return NULL;
254
255         for (i = 0; i < total_sg; i++)
256                 desc[i].next = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, i + 1);
257         return desc;
258 }
259
260 static inline int virtqueue_add(struct virtqueue *_vq,
261                                 struct scatterlist *sgs[],
262                                 unsigned int total_sg,
263                                 unsigned int out_sgs,
264                                 unsigned int in_sgs,
265                                 void *data,
266                                 gfp_t gfp)
267 {
268         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
269         struct scatterlist *sg;
270         struct vring_desc *desc;
271         unsigned int i, n, avail, descs_used, uninitialized_var(prev), err_idx;
272         int head;
273         bool indirect;
274
275         START_USE(vq);
276
277         BUG_ON(data == NULL);
278
279         if (unlikely(vq->broken)) {
280                 END_USE(vq);
281                 return -EIO;
282         }
283
284 #ifdef DEBUG
285         {
286                 ktime_t now = ktime_get();
287
288                 /* No kick or get, with .1 second between?  Warn. */
289                 if (vq->last_add_time_valid)
290                         WARN_ON(ktime_to_ms(ktime_sub(now, vq->last_add_time))
291                                             > 100);
292                 vq->last_add_time = now;
293                 vq->last_add_time_valid = true;
294         }
295 #endif
296
297         BUG_ON(total_sg > vq->vring.num);
298         BUG_ON(total_sg == 0);
299
300         head = vq->free_head;
301
302         /* If the host supports indirect descriptor tables, and we have multiple
303          * buffers, then go indirect. FIXME: tune this threshold */
304         if (vq->indirect && total_sg > 1 && vq->vq.num_free)
305                 desc = alloc_indirect(_vq, total_sg, gfp);
306         else
307                 desc = NULL;
308
309         if (desc) {
310                 /* Use a single buffer which doesn't continue */
311                 indirect = true;
312                 /* Set up rest to use this indirect table. */
313                 i = 0;
314                 descs_used = 1;
315         } else {
316                 indirect = false;
317                 desc = vq->vring.desc;
318                 i = head;
319                 descs_used = total_sg;
320         }
321
322         if (vq->vq.num_free < descs_used) {
323                 pr_debug("Can't add buf len %i - avail = %i\n",
324                          descs_used, vq->vq.num_free);
325                 /* FIXME: for historical reasons, we force a notify here if
326                  * there are outgoing parts to the buffer.  Presumably the
327                  * host should service the ring ASAP. */
328                 if (out_sgs)
329                         vq->notify(&vq->vq);
330                 if (indirect)
331                         kfree(desc);
332                 END_USE(vq);
333                 return -ENOSPC;
334         }
335
336         for (n = 0; n < out_sgs; n++) {
337                 for (sg = sgs[n]; sg; sg = sg_next(sg)) {
338                         dma_addr_t addr = vring_map_one_sg(vq, sg, DMA_TO_DEVICE);
339                         if (vring_mapping_error(vq, addr))
340                                 goto unmap_release;
341
342                         desc[i].flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_DESC_F_NEXT);
343                         desc[i].addr = cpu_to_virtio64(_vq->vdev, addr);
344                         desc[i].len = cpu_to_virtio32(_vq->vdev, sg->length);
345                         prev = i;
346                         i = virtio16_to_cpu(_vq->vdev, desc[i].next);
347                 }
348         }
349         for (; n < (out_sgs + in_sgs); n++) {
350                 for (sg = sgs[n]; sg; sg = sg_next(sg)) {
351                         dma_addr_t addr = vring_map_one_sg(vq, sg, DMA_FROM_DEVICE);
352                         if (vring_mapping_error(vq, addr))
353                                 goto unmap_release;
354
355                         desc[i].flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_DESC_F_NEXT | VRING_DESC_F_WRITE);
356                         desc[i].addr = cpu_to_virtio64(_vq->vdev, addr);
357                         desc[i].len = cpu_to_virtio32(_vq->vdev, sg->length);
358                         prev = i;
359                         i = virtio16_to_cpu(_vq->vdev, desc[i].next);
360                 }
361         }
362         /* Last one doesn't continue. */
363         desc[prev].flags &= cpu_to_virtio16(_vq->vdev, ~VRING_DESC_F_NEXT);
364
365         if (indirect) {
366                 /* Now that the indirect table is filled in, map it. */
367                 dma_addr_t addr = vring_map_single(
368                         vq, desc, total_sg * sizeof(struct vring_desc),
369                         DMA_TO_DEVICE);
370                 if (vring_mapping_error(vq, addr))
371                         goto unmap_release;
372
373                 vq->vring.desc[head].flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_DESC_F_INDIRECT);
374                 vq->vring.desc[head].addr = cpu_to_virtio64(_vq->vdev, addr);
375
376                 vq->vring.desc[head].len = cpu_to_virtio32(_vq->vdev, total_sg * sizeof(struct vring_desc));
377         }
378
379         /* We're using some buffers from the free list. */
380         vq->vq.num_free -= descs_used;
381
382         /* Update free pointer */
383         if (indirect)
384                 vq->free_head = virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.desc[head].next);
385         else
386                 vq->free_head = i;
387
388         /* Store token and indirect buffer state. */
389         vq->desc_state[head].data = data;
390         if (indirect)
391                 vq->desc_state[head].indir_desc = desc;
392
393         /* Put entry in available array (but don't update avail->idx until they
394          * do sync). */
395         avail = vq->avail_idx_shadow & (vq->vring.num - 1);
396         vq->vring.avail->ring[avail] = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, head);
397
398         /* Descriptors and available array need to be set before we expose the
399          * new available array entries. */
400         virtio_wmb(vq->weak_barriers);
401         vq->avail_idx_shadow++;
402         vq->vring.avail->idx = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_idx_shadow);
403         vq->num_added++;
404
405         pr_debug("Added buffer head %i to %p\n", head, vq);
406         END_USE(vq);
407
408         /* This is very unlikely, but theoretically possible.  Kick
409          * just in case. */
410         if (unlikely(vq->num_added == (1 << 16) - 1))
411                 virtqueue_kick(_vq);
412
413         return 0;
414
415 unmap_release:
416         err_idx = i;
417         i = head;
418
419         for (n = 0; n < total_sg; n++) {
420                 if (i == err_idx)
421                         break;
422                 vring_unmap_one(vq, &desc[i]);
423                 i = vq->vring.desc[i].next;
424         }
425
426         vq->vq.num_free += total_sg;
427
428         if (indirect)
429                 kfree(desc);
430
431         END_USE(vq);
432         return -EIO;
433 }
434
435 /**
436  * virtqueue_add_sgs - expose buffers to other end
437  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
438  * @sgs: array of terminated scatterlists.
439  * @out_num: the number of scatterlists readable by other side
440  * @in_num: the number of scatterlists which are writable (after readable ones)
441  * @data: the token identifying the buffer.
442  * @gfp: how to do memory allocations (if necessary).
443  *
444  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue operations
445  * at the same time (except where noted).
446  *
447  * Returns zero or a negative error (ie. ENOSPC, ENOMEM, EIO).
448  */
449 int virtqueue_add_sgs(struct virtqueue *_vq,
450                       struct scatterlist *sgs[],
451                       unsigned int out_sgs,
452                       unsigned int in_sgs,
453                       void *data,
454                       gfp_t gfp)
455 {
456         unsigned int i, total_sg = 0;
457
458         /* Count them first. */
459         for (i = 0; i < out_sgs + in_sgs; i++) {
460                 struct scatterlist *sg;
461                 for (sg = sgs[i]; sg; sg = sg_next(sg))
462                         total_sg++;
463         }
464         return virtqueue_add(_vq, sgs, total_sg, out_sgs, in_sgs, data, gfp);
465 }
466 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_add_sgs);
467
468 /**
469  * virtqueue_add_outbuf - expose output buffers to other end
470  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
471  * @sg: scatterlist (must be well-formed and terminated!)
472  * @num: the number of entries in @sg readable by other side
473  * @data: the token identifying the buffer.
474  * @gfp: how to do memory allocations (if necessary).
475  *
476  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue operations
477  * at the same time (except where noted).
478  *
479  * Returns zero or a negative error (ie. ENOSPC, ENOMEM, EIO).
480  */
481 int virtqueue_add_outbuf(struct virtqueue *vq,
482                          struct scatterlist *sg, unsigned int num,
483                          void *data,
484                          gfp_t gfp)
485 {
486         return virtqueue_add(vq, &sg, num, 1, 0, data, gfp);
487 }
488 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_add_outbuf);
489
490 /**
491  * virtqueue_add_inbuf - expose input buffers to other end
492  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
493  * @sg: scatterlist (must be well-formed and terminated!)
494  * @num: the number of entries in @sg writable by other side
495  * @data: the token identifying the buffer.
496  * @gfp: how to do memory allocations (if necessary).
497  *
498  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue operations
499  * at the same time (except where noted).
500  *
501  * Returns zero or a negative error (ie. ENOSPC, ENOMEM, EIO).
502  */
503 int virtqueue_add_inbuf(struct virtqueue *vq,
504                         struct scatterlist *sg, unsigned int num,
505                         void *data,
506                         gfp_t gfp)
507 {
508         return virtqueue_add(vq, &sg, num, 0, 1, data, gfp);
509 }
510 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_add_inbuf);
511
512 /**
513  * virtqueue_kick_prepare - first half of split virtqueue_kick call.
514  * @vq: the struct virtqueue
515  *
516  * Instead of virtqueue_kick(), you can do:
517  *      if (virtqueue_kick_prepare(vq))
518  *              virtqueue_notify(vq);
519  *
520  * This is sometimes useful because the virtqueue_kick_prepare() needs
521  * to be serialized, but the actual virtqueue_notify() call does not.
522  */
523 bool virtqueue_kick_prepare(struct virtqueue *_vq)
524 {
525         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
526         u16 new, old;
527         bool needs_kick;
528
529         START_USE(vq);
530         /* We need to expose available array entries before checking avail
531          * event. */
532         virtio_mb(vq->weak_barriers);
533
534         old = vq->avail_idx_shadow - vq->num_added;
535         new = vq->avail_idx_shadow;
536         vq->num_added = 0;
537
538 #ifdef DEBUG
539         if (vq->last_add_time_valid) {
540                 WARN_ON(ktime_to_ms(ktime_sub(ktime_get(),
541                                               vq->last_add_time)) > 100);
542         }
543         vq->last_add_time_valid = false;
544 #endif
545
546         if (vq->event) {
547                 needs_kick = vring_need_event(virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vring_avail_event(&vq->vring)),
548                                               new, old);
549         } else {
550                 needs_kick = !(vq->vring.used->flags & cpu_to_virtio16(_vq->vdev, VRING_USED_F_NO_NOTIFY));
551         }
552         END_USE(vq);
553         return needs_kick;
554 }
555 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_kick_prepare);
556
557 /**
558  * virtqueue_notify - second half of split virtqueue_kick call.
559  * @vq: the struct virtqueue
560  *
561  * This does not need to be serialized.
562  *
563  * Returns false if host notify failed or queue is broken, otherwise true.
564  */
565 bool virtqueue_notify(struct virtqueue *_vq)
566 {
567         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
568
569         if (unlikely(vq->broken))
570                 return false;
571
572         /* Prod other side to tell it about changes. */
573         if (!vq->notify(_vq)) {
574                 vq->broken = true;
575                 return false;
576         }
577         return true;
578 }
579 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_notify);
580
581 /**
582  * virtqueue_kick - update after add_buf
583  * @vq: the struct virtqueue
584  *
585  * After one or more virtqueue_add_* calls, invoke this to kick
586  * the other side.
587  *
588  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
589  * operations at the same time (except where noted).
590  *
591  * Returns false if kick failed, otherwise true.
592  */
593 bool virtqueue_kick(struct virtqueue *vq)
594 {
595         if (virtqueue_kick_prepare(vq))
596                 return virtqueue_notify(vq);
597         return true;
598 }
599 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_kick);
600
601 static void detach_buf(struct vring_virtqueue *vq, unsigned int head)
602 {
603         unsigned int i, j;
604         u16 nextflag = cpu_to_virtio16(vq->vq.vdev, VRING_DESC_F_NEXT);
605
606         /* Clear data ptr. */
607         vq->desc_state[head].data = NULL;
608
609         /* Put back on free list: unmap first-level descriptors and find end */
610         i = head;
611
612         while (vq->vring.desc[i].flags & nextflag) {
613                 vring_unmap_one(vq, &vq->vring.desc[i]);
614                 i = virtio16_to_cpu(vq->vq.vdev, vq->vring.desc[i].next);
615                 vq->vq.num_free++;
616         }
617
618         vring_unmap_one(vq, &vq->vring.desc[i]);
619         vq->vring.desc[i].next = cpu_to_virtio16(vq->vq.vdev, vq->free_head);
620         vq->free_head = head;
621
622         /* Plus final descriptor */
623         vq->vq.num_free++;
624
625         /* Free the indirect table, if any, now that it's unmapped. */
626         if (vq->desc_state[head].indir_desc) {
627                 struct vring_desc *indir_desc = vq->desc_state[head].indir_desc;
628                 u32 len = virtio32_to_cpu(vq->vq.vdev, vq->vring.desc[head].len);
629
630                 BUG_ON(!(vq->vring.desc[head].flags &
631                          cpu_to_virtio16(vq->vq.vdev, VRING_DESC_F_INDIRECT)));
632                 BUG_ON(len == 0 || len % sizeof(struct vring_desc));
633
634                 for (j = 0; j < len / sizeof(struct vring_desc); j++)
635                         vring_unmap_one(vq, &indir_desc[j]);
636
637                 kfree(vq->desc_state[head].indir_desc);
638                 vq->desc_state[head].indir_desc = NULL;
639         }
640 }
641
642 static inline bool more_used(const struct vring_virtqueue *vq)
643 {
644         return vq->last_used_idx != virtio16_to_cpu(vq->vq.vdev, vq->vring.used->idx);
645 }
646
647 /**
648  * virtqueue_get_buf - get the next used buffer
649  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
650  * @len: the length written into the buffer
651  *
652  * If the driver wrote data into the buffer, @len will be set to the
653  * amount written.  This means you don't need to clear the buffer
654  * beforehand to ensure there's no data leakage in the case of short
655  * writes.
656  *
657  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
658  * operations at the same time (except where noted).
659  *
660  * Returns NULL if there are no used buffers, or the "data" token
661  * handed to virtqueue_add_*().
662  */
663 void *virtqueue_get_buf(struct virtqueue *_vq, unsigned int *len)
664 {
665         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
666         void *ret;
667         unsigned int i;
668         u16 last_used;
669
670         START_USE(vq);
671
672         if (unlikely(vq->broken)) {
673                 END_USE(vq);
674                 return NULL;
675         }
676
677         if (!more_used(vq)) {
678                 pr_debug("No more buffers in queue\n");
679                 END_USE(vq);
680                 return NULL;
681         }
682
683         /* Only get used array entries after they have been exposed by host. */
684         virtio_rmb(vq->weak_barriers);
685
686         last_used = (vq->last_used_idx & (vq->vring.num - 1));
687         i = virtio32_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->ring[last_used].id);
688         *len = virtio32_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->ring[last_used].len);
689
690         if (unlikely(i >= vq->vring.num)) {
691                 BAD_RING(vq, "id %u out of range\n", i);
692                 return NULL;
693         }
694         if (unlikely(!vq->desc_state[i].data)) {
695                 BAD_RING(vq, "id %u is not a head!\n", i);
696                 return NULL;
697         }
698
699         /* detach_buf clears data, so grab it now. */
700         ret = vq->desc_state[i].data;
701         detach_buf(vq, i);
702         vq->last_used_idx++;
703         /* If we expect an interrupt for the next entry, tell host
704          * by writing event index and flush out the write before
705          * the read in the next get_buf call. */
706         if (!(vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT))
707                 virtio_store_mb(vq->weak_barriers,
708                                 &vring_used_event(&vq->vring),
709                                 cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->last_used_idx));
710
711 #ifdef DEBUG
712         vq->last_add_time_valid = false;
713 #endif
714
715         END_USE(vq);
716         return ret;
717 }
718 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_buf);
719
720 /**
721  * virtqueue_disable_cb - disable callbacks
722  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
723  *
724  * Note that this is not necessarily synchronous, hence unreliable and only
725  * useful as an optimization.
726  *
727  * Unlike other operations, this need not be serialized.
728  */
729 void virtqueue_disable_cb(struct virtqueue *_vq)
730 {
731         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
732
733         if (!(vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT)) {
734                 vq->avail_flags_shadow |= VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
735                 if (!vq->event)
736                         vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_flags_shadow);
737         }
738
739 }
740 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_disable_cb);
741
742 /**
743  * virtqueue_enable_cb_prepare - restart callbacks after disable_cb
744  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
745  *
746  * This re-enables callbacks; it returns current queue state
747  * in an opaque unsigned value. This value should be later tested by
748  * virtqueue_poll, to detect a possible race between the driver checking for
749  * more work, and enabling callbacks.
750  *
751  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
752  * operations at the same time (except where noted).
753  */
754 unsigned virtqueue_enable_cb_prepare(struct virtqueue *_vq)
755 {
756         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
757         u16 last_used_idx;
758
759         START_USE(vq);
760
761         /* We optimistically turn back on interrupts, then check if there was
762          * more to do. */
763         /* Depending on the VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX feature, we need to
764          * either clear the flags bit or point the event index at the next
765          * entry. Always do both to keep code simple. */
766         if (vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
767                 vq->avail_flags_shadow &= ~VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
768                 if (!vq->event)
769                         vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_flags_shadow);
770         }
771         vring_used_event(&vq->vring) = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, last_used_idx = vq->last_used_idx);
772         END_USE(vq);
773         return last_used_idx;
774 }
775 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_enable_cb_prepare);
776
777 /**
778  * virtqueue_poll - query pending used buffers
779  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
780  * @last_used_idx: virtqueue state (from call to virtqueue_enable_cb_prepare).
781  *
782  * Returns "true" if there are pending used buffers in the queue.
783  *
784  * This does not need to be serialized.
785  */
786 bool virtqueue_poll(struct virtqueue *_vq, unsigned last_used_idx)
787 {
788         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
789
790         virtio_mb(vq->weak_barriers);
791         return (u16)last_used_idx != virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->idx);
792 }
793 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_poll);
794
795 /**
796  * virtqueue_enable_cb - restart callbacks after disable_cb.
797  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
798  *
799  * This re-enables callbacks; it returns "false" if there are pending
800  * buffers in the queue, to detect a possible race between the driver
801  * checking for more work, and enabling callbacks.
802  *
803  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
804  * operations at the same time (except where noted).
805  */
806 bool virtqueue_enable_cb(struct virtqueue *_vq)
807 {
808         unsigned last_used_idx = virtqueue_enable_cb_prepare(_vq);
809         return !virtqueue_poll(_vq, last_used_idx);
810 }
811 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_enable_cb);
812
813 /**
814  * virtqueue_enable_cb_delayed - restart callbacks after disable_cb.
815  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
816  *
817  * This re-enables callbacks but hints to the other side to delay
818  * interrupts until most of the available buffers have been processed;
819  * it returns "false" if there are many pending buffers in the queue,
820  * to detect a possible race between the driver checking for more work,
821  * and enabling callbacks.
822  *
823  * Caller must ensure we don't call this with other virtqueue
824  * operations at the same time (except where noted).
825  */
826 bool virtqueue_enable_cb_delayed(struct virtqueue *_vq)
827 {
828         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
829         u16 bufs;
830
831         START_USE(vq);
832
833         /* We optimistically turn back on interrupts, then check if there was
834          * more to do. */
835         /* Depending on the VIRTIO_RING_F_USED_EVENT_IDX feature, we need to
836          * either clear the flags bit or point the event index at the next
837          * entry. Always update the event index to keep code simple. */
838         if (vq->avail_flags_shadow & VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT) {
839                 vq->avail_flags_shadow &= ~VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
840                 if (!vq->event)
841                         vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_flags_shadow);
842         }
843         /* TODO: tune this threshold */
844         bufs = (u16)(vq->avail_idx_shadow - vq->last_used_idx) * 3 / 4;
845
846         virtio_store_mb(vq->weak_barriers,
847                         &vring_used_event(&vq->vring),
848                         cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->last_used_idx + bufs));
849
850         if (unlikely((u16)(virtio16_to_cpu(_vq->vdev, vq->vring.used->idx) - vq->last_used_idx) > bufs)) {
851                 END_USE(vq);
852                 return false;
853         }
854
855         END_USE(vq);
856         return true;
857 }
858 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_enable_cb_delayed);
859
860 /**
861  * virtqueue_detach_unused_buf - detach first unused buffer
862  * @vq: the struct virtqueue we're talking about.
863  *
864  * Returns NULL or the "data" token handed to virtqueue_add_*().
865  * This is not valid on an active queue; it is useful only for device
866  * shutdown.
867  */
868 void *virtqueue_detach_unused_buf(struct virtqueue *_vq)
869 {
870         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
871         unsigned int i;
872         void *buf;
873
874         START_USE(vq);
875
876         for (i = 0; i < vq->vring.num; i++) {
877                 if (!vq->desc_state[i].data)
878                         continue;
879                 /* detach_buf clears data, so grab it now. */
880                 buf = vq->desc_state[i].data;
881                 detach_buf(vq, i);
882                 vq->avail_idx_shadow--;
883                 vq->vring.avail->idx = cpu_to_virtio16(_vq->vdev, vq->avail_idx_shadow);
884                 END_USE(vq);
885                 return buf;
886         }
887         /* That should have freed everything. */
888         BUG_ON(vq->vq.num_free != vq->vring.num);
889
890         END_USE(vq);
891         return NULL;
892 }
893 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_detach_unused_buf);
894
895 irqreturn_t vring_interrupt(int irq, void *_vq)
896 {
897         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
898
899         if (!more_used(vq)) {
900                 pr_debug("virtqueue interrupt with no work for %p\n", vq);
901                 return IRQ_NONE;
902         }
903
904         if (unlikely(vq->broken))
905                 return IRQ_HANDLED;
906
907         pr_debug("virtqueue callback for %p (%p)\n", vq, vq->vq.callback);
908         if (vq->vq.callback)
909                 vq->vq.callback(&vq->vq);
910
911         return IRQ_HANDLED;
912 }
913 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_interrupt);
914
915 struct virtqueue *__vring_new_virtqueue(unsigned int index,
916                                         struct vring vring,
917                                         struct virtio_device *vdev,
918                                         bool weak_barriers,
919                                         bool (*notify)(struct virtqueue *),
920                                         void (*callback)(struct virtqueue *),
921                                         const char *name)
922 {
923         unsigned int i;
924         struct vring_virtqueue *vq;
925
926         vq = kmalloc(sizeof(*vq) + vring.num * sizeof(struct vring_desc_state),
927                      GFP_KERNEL);
928         if (!vq)
929                 return NULL;
930
931         vq->vring = vring;
932         vq->vq.callback = callback;
933         vq->vq.vdev = vdev;
934         vq->vq.name = name;
935         vq->vq.num_free = vring.num;
936         vq->vq.index = index;
937         vq->we_own_ring = false;
938         vq->queue_dma_addr = 0;
939         vq->queue_size_in_bytes = 0;
940         vq->notify = notify;
941         vq->weak_barriers = weak_barriers;
942         vq->broken = false;
943         vq->last_used_idx = 0;
944         vq->avail_flags_shadow = 0;
945         vq->avail_idx_shadow = 0;
946         vq->num_added = 0;
947         list_add_tail(&vq->vq.list, &vdev->vqs);
948 #ifdef DEBUG
949         vq->in_use = false;
950         vq->last_add_time_valid = false;
951 #endif
952
953         vq->indirect = virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC);
954         vq->event = virtio_has_feature(vdev, VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX);
955
956         /* No callback?  Tell other side not to bother us. */
957         if (!callback) {
958                 vq->avail_flags_shadow |= VRING_AVAIL_F_NO_INTERRUPT;
959                 if (!vq->event)
960                         vq->vring.avail->flags = cpu_to_virtio16(vdev, vq->avail_flags_shadow);
961         }
962
963         /* Put everything in free lists. */
964         vq->free_head = 0;
965         for (i = 0; i < vring.num-1; i++)
966                 vq->vring.desc[i].next = cpu_to_virtio16(vdev, i + 1);
967         memset(vq->desc_state, 0, vring.num * sizeof(struct vring_desc_state));
968
969         return &vq->vq;
970 }
971 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vring_new_virtqueue);
972
973 static void *vring_alloc_queue(struct virtio_device *vdev, size_t size,
974                               dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag)
975 {
976         if (vring_use_dma_api(vdev)) {
977                 return dma_alloc_coherent(vdev->dev.parent, size,
978                                           dma_handle, flag);
979         } else {
980                 void *queue = alloc_pages_exact(PAGE_ALIGN(size), flag);
981                 if (queue) {
982                         phys_addr_t phys_addr = virt_to_phys(queue);
983                         *dma_handle = (dma_addr_t)phys_addr;
984
985                         /*
986                          * Sanity check: make sure we dind't truncate
987                          * the address.  The only arches I can find that
988                          * have 64-bit phys_addr_t but 32-bit dma_addr_t
989                          * are certain non-highmem MIPS and x86
990                          * configurations, but these configurations
991                          * should never allocate physical pages above 32
992                          * bits, so this is fine.  Just in case, throw a
993                          * warning and abort if we end up with an
994                          * unrepresentable address.
995                          */
996                         if (WARN_ON_ONCE(*dma_handle != phys_addr)) {
997                                 free_pages_exact(queue, PAGE_ALIGN(size));
998                                 return NULL;
999                         }
1000                 }
1001                 return queue;
1002         }
1003 }
1004
1005 static void vring_free_queue(struct virtio_device *vdev, size_t size,
1006                              void *queue, dma_addr_t dma_handle)
1007 {
1008         if (vring_use_dma_api(vdev)) {
1009                 dma_free_coherent(vdev->dev.parent, size, queue, dma_handle);
1010         } else {
1011                 free_pages_exact(queue, PAGE_ALIGN(size));
1012         }
1013 }
1014
1015 struct virtqueue *vring_create_virtqueue(
1016         unsigned int index,
1017         unsigned int num,
1018         unsigned int vring_align,
1019         struct virtio_device *vdev,
1020         bool weak_barriers,
1021         bool may_reduce_num,
1022         bool (*notify)(struct virtqueue *),
1023         void (*callback)(struct virtqueue *),
1024         const char *name)
1025 {
1026         struct virtqueue *vq;
1027         void *queue = NULL;
1028         dma_addr_t dma_addr;
1029         size_t queue_size_in_bytes;
1030         struct vring vring;
1031
1032         /* We assume num is a power of 2. */
1033         if (num & (num - 1)) {
1034                 dev_warn(&vdev->dev, "Bad virtqueue length %u\n", num);
1035                 return NULL;
1036         }
1037
1038         /* TODO: allocate each queue chunk individually */
1039         for (; num && vring_size(num, vring_align) > PAGE_SIZE; num /= 2) {
1040                 queue = vring_alloc_queue(vdev, vring_size(num, vring_align),
1041                                           &dma_addr,
1042                                           GFP_KERNEL|__GFP_NOWARN|__GFP_ZERO);
1043                 if (queue)
1044                         break;
1045         }
1046
1047         if (!num)
1048                 return NULL;
1049
1050         if (!queue) {
1051                 /* Try to get a single page. You are my only hope! */
1052                 queue = vring_alloc_queue(vdev, vring_size(num, vring_align),
1053                                           &dma_addr, GFP_KERNEL|__GFP_ZERO);
1054         }
1055         if (!queue)
1056                 return NULL;
1057
1058         queue_size_in_bytes = vring_size(num, vring_align);
1059         vring_init(&vring, num, queue, vring_align);
1060
1061         vq = __vring_new_virtqueue(index, vring, vdev, weak_barriers,
1062                                    notify, callback, name);
1063         if (!vq) {
1064                 vring_free_queue(vdev, queue_size_in_bytes, queue,
1065                                  dma_addr);
1066                 return NULL;
1067         }
1068
1069         to_vvq(vq)->queue_dma_addr = dma_addr;
1070         to_vvq(vq)->queue_size_in_bytes = queue_size_in_bytes;
1071         to_vvq(vq)->we_own_ring = true;
1072
1073         return vq;
1074 }
1075 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_create_virtqueue);
1076
1077 struct virtqueue *vring_new_virtqueue(unsigned int index,
1078                                       unsigned int num,
1079                                       unsigned int vring_align,
1080                                       struct virtio_device *vdev,
1081                                       bool weak_barriers,
1082                                       void *pages,
1083                                       bool (*notify)(struct virtqueue *vq),
1084                                       void (*callback)(struct virtqueue *vq),
1085                                       const char *name)
1086 {
1087         struct vring vring;
1088         vring_init(&vring, num, pages, vring_align);
1089         return __vring_new_virtqueue(index, vring, vdev, weak_barriers,
1090                                      notify, callback, name);
1091 }
1092 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_new_virtqueue);
1093
1094 void vring_del_virtqueue(struct virtqueue *_vq)
1095 {
1096         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1097
1098         if (vq->we_own_ring) {
1099                 vring_free_queue(vq->vq.vdev, vq->queue_size_in_bytes,
1100                                  vq->vring.desc, vq->queue_dma_addr);
1101         }
1102         list_del(&_vq->list);
1103         kfree(vq);
1104 }
1105 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_del_virtqueue);
1106
1107 /* Manipulates transport-specific feature bits. */
1108 void vring_transport_features(struct virtio_device *vdev)
1109 {
1110         unsigned int i;
1111
1112         for (i = VIRTIO_TRANSPORT_F_START; i < VIRTIO_TRANSPORT_F_END; i++) {
1113                 switch (i) {
1114                 case VIRTIO_RING_F_INDIRECT_DESC:
1115                         break;
1116                 case VIRTIO_RING_F_EVENT_IDX:
1117                         break;
1118                 case VIRTIO_F_VERSION_1:
1119                         break;
1120                 case VIRTIO_F_IOMMU_PLATFORM:
1121                         break;
1122                 default:
1123                         /* We don't understand this bit. */
1124                         __virtio_clear_bit(vdev, i);
1125                 }
1126         }
1127 }
1128 EXPORT_SYMBOL_GPL(vring_transport_features);
1129
1130 /**
1131  * virtqueue_get_vring_size - return the size of the virtqueue's vring
1132  * @vq: the struct virtqueue containing the vring of interest.
1133  *
1134  * Returns the size of the vring.  This is mainly used for boasting to
1135  * userspace.  Unlike other operations, this need not be serialized.
1136  */
1137 unsigned int virtqueue_get_vring_size(struct virtqueue *_vq)
1138 {
1139
1140         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1141
1142         return vq->vring.num;
1143 }
1144 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_vring_size);
1145
1146 bool virtqueue_is_broken(struct virtqueue *_vq)
1147 {
1148         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1149
1150         return vq->broken;
1151 }
1152 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_is_broken);
1153
1154 /*
1155  * This should prevent the device from being used, allowing drivers to
1156  * recover.  You may need to grab appropriate locks to flush.
1157  */
1158 void virtio_break_device(struct virtio_device *dev)
1159 {
1160         struct virtqueue *_vq;
1161
1162         list_for_each_entry(_vq, &dev->vqs, list) {
1163                 struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1164                 vq->broken = true;
1165         }
1166 }
1167 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtio_break_device);
1168
1169 dma_addr_t virtqueue_get_desc_addr(struct virtqueue *_vq)
1170 {
1171         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1172
1173         BUG_ON(!vq->we_own_ring);
1174
1175         return vq->queue_dma_addr;
1176 }
1177 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_desc_addr);
1178
1179 dma_addr_t virtqueue_get_avail_addr(struct virtqueue *_vq)
1180 {
1181         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1182
1183         BUG_ON(!vq->we_own_ring);
1184
1185         return vq->queue_dma_addr +
1186                 ((char *)vq->vring.avail - (char *)vq->vring.desc);
1187 }
1188 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_avail_addr);
1189
1190 dma_addr_t virtqueue_get_used_addr(struct virtqueue *_vq)
1191 {
1192         struct vring_virtqueue *vq = to_vvq(_vq);
1193
1194         BUG_ON(!vq->we_own_ring);
1195
1196         return vq->queue_dma_addr +
1197                 ((char *)vq->vring.used - (char *)vq->vring.desc);
1198 }
1199 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_used_addr);
1200
1201 const struct vring *virtqueue_get_vring(struct virtqueue *vq)
1202 {
1203         return &to_vvq(vq)->vring;
1204 }
1205 EXPORT_SYMBOL_GPL(virtqueue_get_vring);
1206
1207 MODULE_LICENSE("GPL");