GNU Linux-libre 5.10.217-gnu1
[releases.git] / arch / powerpc / kvm / book3s_hv_uvmem.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2 /*
3  * Secure pages management: Migration of pages between normal and secure
4  * memory of KVM guests.
5  *
6  * Copyright 2018 Bharata B Rao, IBM Corp. <bharata@linux.ibm.com>
7  */
8
9 /*
10  * A pseries guest can be run as secure guest on Ultravisor-enabled
11  * POWER platforms. On such platforms, this driver will be used to manage
12  * the movement of guest pages between the normal memory managed by
13  * hypervisor (HV) and secure memory managed by Ultravisor (UV).
14  *
15  * The page-in or page-out requests from UV will come to HV as hcalls and
16  * HV will call back into UV via ultracalls to satisfy these page requests.
17  *
18  * Private ZONE_DEVICE memory equal to the amount of secure memory
19  * available in the platform for running secure guests is hotplugged.
20  * Whenever a page belonging to the guest becomes secure, a page from this
21  * private device memory is used to represent and track that secure page
22  * on the HV side. Some pages (like virtio buffers, VPA pages etc) are
23  * shared between UV and HV. However such pages aren't represented by
24  * device private memory and mappings to shared memory exist in both
25  * UV and HV page tables.
26  */
27
28 /*
29  * Notes on locking
30  *
31  * kvm->arch.uvmem_lock is a per-guest lock that prevents concurrent
32  * page-in and page-out requests for the same GPA. Concurrent accesses
33  * can either come via UV (guest vCPUs requesting for same page)
34  * or when HV and guest simultaneously access the same page.
35  * This mutex serializes the migration of page from HV(normal) to
36  * UV(secure) and vice versa. So the serialization points are around
37  * migrate_vma routines and page-in/out routines.
38  *
39  * Per-guest mutex comes with a cost though. Mainly it serializes the
40  * fault path as page-out can occur when HV faults on accessing secure
41  * guest pages. Currently UV issues page-in requests for all the guest
42  * PFNs one at a time during early boot (UV_ESM uvcall), so this is
43  * not a cause for concern. Also currently the number of page-outs caused
44  * by HV touching secure pages is very very low. If an when UV supports
45  * overcommitting, then we might see concurrent guest driven page-outs.
46  *
47  * Locking order
48  *
49  * 1. kvm->srcu - Protects KVM memslots
50  * 2. kvm->mm->mmap_lock - find_vma, migrate_vma_pages and helpers, ksm_madvise
51  * 3. kvm->arch.uvmem_lock - protects read/writes to uvmem slots thus acting
52  *                           as sync-points for page-in/out
53  */
54
55 /*
56  * Notes on page size
57  *
58  * Currently UV uses 2MB mappings internally, but will issue H_SVM_PAGE_IN
59  * and H_SVM_PAGE_OUT hcalls in PAGE_SIZE(64K) granularity. HV tracks
60  * secure GPAs at 64K page size and maintains one device PFN for each
61  * 64K secure GPA. UV_PAGE_IN and UV_PAGE_OUT calls by HV are also issued
62  * for 64K page at a time.
63  *
64  * HV faulting on secure pages: When HV touches any secure page, it
65  * faults and issues a UV_PAGE_OUT request with 64K page size. Currently
66  * UV splits and remaps the 2MB page if necessary and copies out the
67  * required 64K page contents.
68  *
69  * Shared pages: Whenever guest shares a secure page, UV will split and
70  * remap the 2MB page if required and issue H_SVM_PAGE_IN with 64K page size.
71  *
72  * HV invalidating a page: When a regular page belonging to secure
73  * guest gets unmapped, HV informs UV with UV_PAGE_INVAL of 64K
74  * page size. Using 64K page size is correct here because any non-secure
75  * page will essentially be of 64K page size. Splitting by UV during sharing
76  * and page-out ensures this.
77  *
78  * Page fault handling: When HV handles page fault of a page belonging
79  * to secure guest, it sends that to UV with a 64K UV_PAGE_IN request.
80  * Using 64K size is correct here too as UV would have split the 2MB page
81  * into 64k mappings and would have done page-outs earlier.
82  *
83  * In summary, the current secure pages handling code in HV assumes
84  * 64K page size and in fact fails any page-in/page-out requests of
85  * non-64K size upfront. If and when UV starts supporting multiple
86  * page-sizes, we need to break this assumption.
87  */
88
89 #include <linux/pagemap.h>
90 #include <linux/migrate.h>
91 #include <linux/kvm_host.h>
92 #include <linux/ksm.h>
93 #include <asm/ultravisor.h>
94 #include <asm/mman.h>
95 #include <asm/kvm_ppc.h>
96 #include <asm/kvm_book3s_uvmem.h>
97
98 static struct dev_pagemap kvmppc_uvmem_pgmap;
99 static unsigned long *kvmppc_uvmem_bitmap;
100 static DEFINE_SPINLOCK(kvmppc_uvmem_bitmap_lock);
101
102 /*
103  * States of a GFN
104  * ---------------
105  * The GFN can be in one of the following states.
106  *
107  * (a) Secure - The GFN is secure. The GFN is associated with
108  *      a Secure VM, the contents of the GFN is not accessible
109  *      to the Hypervisor.  This GFN can be backed by a secure-PFN,
110  *      or can be backed by a normal-PFN with contents encrypted.
111  *      The former is true when the GFN is paged-in into the
112  *      ultravisor. The latter is true when the GFN is paged-out
113  *      of the ultravisor.
114  *
115  * (b) Shared - The GFN is shared. The GFN is associated with a
116  *      a secure VM. The contents of the GFN is accessible to
117  *      Hypervisor. This GFN is backed by a normal-PFN and its
118  *      content is un-encrypted.
119  *
120  * (c) Normal - The GFN is a normal. The GFN is associated with
121  *      a normal VM. The contents of the GFN is accesible to
122  *      the Hypervisor. Its content is never encrypted.
123  *
124  * States of a VM.
125  * ---------------
126  *
127  * Normal VM:  A VM whose contents are always accessible to
128  *      the hypervisor.  All its GFNs are normal-GFNs.
129  *
130  * Secure VM: A VM whose contents are not accessible to the
131  *      hypervisor without the VM's consent.  Its GFNs are
132  *      either Shared-GFN or Secure-GFNs.
133  *
134  * Transient VM: A Normal VM that is transitioning to secure VM.
135  *      The transition starts on successful return of
136  *      H_SVM_INIT_START, and ends on successful return
137  *      of H_SVM_INIT_DONE. This transient VM, can have GFNs
138  *      in any of the three states; i.e Secure-GFN, Shared-GFN,
139  *      and Normal-GFN. The VM never executes in this state
140  *      in supervisor-mode.
141  *
142  * Memory slot State.
143  * -----------------------------
144  *      The state of a memory slot mirrors the state of the
145  *      VM the memory slot is associated with.
146  *
147  * VM State transition.
148  * --------------------
149  *
150  *  A VM always starts in Normal Mode.
151  *
152  *  H_SVM_INIT_START moves the VM into transient state. During this
153  *  time the Ultravisor may request some of its GFNs to be shared or
154  *  secured. So its GFNs can be in one of the three GFN states.
155  *
156  *  H_SVM_INIT_DONE moves the VM entirely from transient state to
157  *  secure-state. At this point any left-over normal-GFNs are
158  *  transitioned to Secure-GFN.
159  *
160  *  H_SVM_INIT_ABORT moves the transient VM back to normal VM.
161  *  All its GFNs are moved to Normal-GFNs.
162  *
163  *  UV_TERMINATE transitions the secure-VM back to normal-VM. All
164  *  the secure-GFN and shared-GFNs are tranistioned to normal-GFN
165  *  Note: The contents of the normal-GFN is undefined at this point.
166  *
167  * GFN state implementation:
168  * -------------------------
169  *
170  * Secure GFN is associated with a secure-PFN; also called uvmem_pfn,
171  * when the GFN is paged-in. Its pfn[] has KVMPPC_GFN_UVMEM_PFN flag
172  * set, and contains the value of the secure-PFN.
173  * It is associated with a normal-PFN; also called mem_pfn, when
174  * the GFN is pagedout. Its pfn[] has KVMPPC_GFN_MEM_PFN flag set.
175  * The value of the normal-PFN is not tracked.
176  *
177  * Shared GFN is associated with a normal-PFN. Its pfn[] has
178  * KVMPPC_UVMEM_SHARED_PFN flag set. The value of the normal-PFN
179  * is not tracked.
180  *
181  * Normal GFN is associated with normal-PFN. Its pfn[] has
182  * no flag set. The value of the normal-PFN is not tracked.
183  *
184  * Life cycle of a GFN
185  * --------------------
186  *
187  * --------------------------------------------------------------
188  * |        |     Share  |  Unshare | SVM       |H_SVM_INIT_DONE|
189  * |        |operation   |operation | abort/    |               |
190  * |        |            |          | terminate |               |
191  * -------------------------------------------------------------
192  * |        |            |          |           |               |
193  * | Secure |     Shared | Secure   |Normal     |Secure         |
194  * |        |            |          |           |               |
195  * | Shared |     Shared | Secure   |Normal     |Shared         |
196  * |        |            |          |           |               |
197  * | Normal |     Shared | Secure   |Normal     |Secure         |
198  * --------------------------------------------------------------
199  *
200  * Life cycle of a VM
201  * --------------------
202  *
203  * --------------------------------------------------------------------
204  * |         |  start    |  H_SVM_  |H_SVM_   |H_SVM_     |UV_SVM_    |
205  * |         |  VM       |INIT_START|INIT_DONE|INIT_ABORT |TERMINATE  |
206  * |         |           |          |         |           |           |
207  * --------- ----------------------------------------------------------
208  * |         |           |          |         |           |           |
209  * | Normal  | Normal    | Transient|Error    |Error      |Normal     |
210  * |         |           |          |         |           |           |
211  * | Secure  |   Error   | Error    |Error    |Error      |Normal     |
212  * |         |           |          |         |           |           |
213  * |Transient|   N/A     | Error    |Secure   |Normal     |Normal     |
214  * --------------------------------------------------------------------
215  */
216
217 #define KVMPPC_GFN_UVMEM_PFN    (1UL << 63)
218 #define KVMPPC_GFN_MEM_PFN      (1UL << 62)
219 #define KVMPPC_GFN_SHARED       (1UL << 61)
220 #define KVMPPC_GFN_SECURE       (KVMPPC_GFN_UVMEM_PFN | KVMPPC_GFN_MEM_PFN)
221 #define KVMPPC_GFN_FLAG_MASK    (KVMPPC_GFN_SECURE | KVMPPC_GFN_SHARED)
222 #define KVMPPC_GFN_PFN_MASK     (~KVMPPC_GFN_FLAG_MASK)
223
224 struct kvmppc_uvmem_slot {
225         struct list_head list;
226         unsigned long nr_pfns;
227         unsigned long base_pfn;
228         unsigned long *pfns;
229 };
230 struct kvmppc_uvmem_page_pvt {
231         struct kvm *kvm;
232         unsigned long gpa;
233         bool skip_page_out;
234         bool remove_gfn;
235 };
236
237 bool kvmppc_uvmem_available(void)
238 {
239         /*
240          * If kvmppc_uvmem_bitmap != NULL, then there is an ultravisor
241          * and our data structures have been initialized successfully.
242          */
243         return !!kvmppc_uvmem_bitmap;
244 }
245
246 int kvmppc_uvmem_slot_init(struct kvm *kvm, const struct kvm_memory_slot *slot)
247 {
248         struct kvmppc_uvmem_slot *p;
249
250         p = kzalloc(sizeof(*p), GFP_KERNEL);
251         if (!p)
252                 return -ENOMEM;
253         p->pfns = vcalloc(slot->npages, sizeof(*p->pfns));
254         if (!p->pfns) {
255                 kfree(p);
256                 return -ENOMEM;
257         }
258         p->nr_pfns = slot->npages;
259         p->base_pfn = slot->base_gfn;
260
261         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
262         list_add(&p->list, &kvm->arch.uvmem_pfns);
263         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
264
265         return 0;
266 }
267
268 /*
269  * All device PFNs are already released by the time we come here.
270  */
271 void kvmppc_uvmem_slot_free(struct kvm *kvm, const struct kvm_memory_slot *slot)
272 {
273         struct kvmppc_uvmem_slot *p, *next;
274
275         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
276         list_for_each_entry_safe(p, next, &kvm->arch.uvmem_pfns, list) {
277                 if (p->base_pfn == slot->base_gfn) {
278                         vfree(p->pfns);
279                         list_del(&p->list);
280                         kfree(p);
281                         break;
282                 }
283         }
284         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
285 }
286
287 static void kvmppc_mark_gfn(unsigned long gfn, struct kvm *kvm,
288                         unsigned long flag, unsigned long uvmem_pfn)
289 {
290         struct kvmppc_uvmem_slot *p;
291
292         list_for_each_entry(p, &kvm->arch.uvmem_pfns, list) {
293                 if (gfn >= p->base_pfn && gfn < p->base_pfn + p->nr_pfns) {
294                         unsigned long index = gfn - p->base_pfn;
295
296                         if (flag == KVMPPC_GFN_UVMEM_PFN)
297                                 p->pfns[index] = uvmem_pfn | flag;
298                         else
299                                 p->pfns[index] = flag;
300                         return;
301                 }
302         }
303 }
304
305 /* mark the GFN as secure-GFN associated with @uvmem pfn device-PFN. */
306 static void kvmppc_gfn_secure_uvmem_pfn(unsigned long gfn,
307                         unsigned long uvmem_pfn, struct kvm *kvm)
308 {
309         kvmppc_mark_gfn(gfn, kvm, KVMPPC_GFN_UVMEM_PFN, uvmem_pfn);
310 }
311
312 /* mark the GFN as secure-GFN associated with a memory-PFN. */
313 static void kvmppc_gfn_secure_mem_pfn(unsigned long gfn, struct kvm *kvm)
314 {
315         kvmppc_mark_gfn(gfn, kvm, KVMPPC_GFN_MEM_PFN, 0);
316 }
317
318 /* mark the GFN as a shared GFN. */
319 static void kvmppc_gfn_shared(unsigned long gfn, struct kvm *kvm)
320 {
321         kvmppc_mark_gfn(gfn, kvm, KVMPPC_GFN_SHARED, 0);
322 }
323
324 /* mark the GFN as a non-existent GFN. */
325 static void kvmppc_gfn_remove(unsigned long gfn, struct kvm *kvm)
326 {
327         kvmppc_mark_gfn(gfn, kvm, 0, 0);
328 }
329
330 /* return true, if the GFN is a secure-GFN backed by a secure-PFN */
331 static bool kvmppc_gfn_is_uvmem_pfn(unsigned long gfn, struct kvm *kvm,
332                                     unsigned long *uvmem_pfn)
333 {
334         struct kvmppc_uvmem_slot *p;
335
336         list_for_each_entry(p, &kvm->arch.uvmem_pfns, list) {
337                 if (gfn >= p->base_pfn && gfn < p->base_pfn + p->nr_pfns) {
338                         unsigned long index = gfn - p->base_pfn;
339
340                         if (p->pfns[index] & KVMPPC_GFN_UVMEM_PFN) {
341                                 if (uvmem_pfn)
342                                         *uvmem_pfn = p->pfns[index] &
343                                                      KVMPPC_GFN_PFN_MASK;
344                                 return true;
345                         } else
346                                 return false;
347                 }
348         }
349         return false;
350 }
351
352 /*
353  * starting from *gfn search for the next available GFN that is not yet
354  * transitioned to a secure GFN.  return the value of that GFN in *gfn.  If a
355  * GFN is found, return true, else return false
356  *
357  * Must be called with kvm->arch.uvmem_lock  held.
358  */
359 static bool kvmppc_next_nontransitioned_gfn(const struct kvm_memory_slot *memslot,
360                 struct kvm *kvm, unsigned long *gfn)
361 {
362         struct kvmppc_uvmem_slot *p = NULL, *iter;
363         bool ret = false;
364         unsigned long i;
365
366         list_for_each_entry(iter, &kvm->arch.uvmem_pfns, list)
367                 if (*gfn >= iter->base_pfn && *gfn < iter->base_pfn + iter->nr_pfns) {
368                         p = iter;
369                         break;
370                 }
371         if (!p)
372                 return ret;
373         /*
374          * The code below assumes, one to one correspondence between
375          * kvmppc_uvmem_slot and memslot.
376          */
377         for (i = *gfn; i < p->base_pfn + p->nr_pfns; i++) {
378                 unsigned long index = i - p->base_pfn;
379
380                 if (!(p->pfns[index] & KVMPPC_GFN_FLAG_MASK)) {
381                         *gfn = i;
382                         ret = true;
383                         break;
384                 }
385         }
386         return ret;
387 }
388
389 static int kvmppc_memslot_page_merge(struct kvm *kvm,
390                 const struct kvm_memory_slot *memslot, bool merge)
391 {
392         unsigned long gfn = memslot->base_gfn;
393         unsigned long end, start = gfn_to_hva(kvm, gfn);
394         int ret = 0;
395         struct vm_area_struct *vma;
396         int merge_flag = (merge) ? MADV_MERGEABLE : MADV_UNMERGEABLE;
397
398         if (kvm_is_error_hva(start))
399                 return H_STATE;
400
401         end = start + (memslot->npages << PAGE_SHIFT);
402
403         mmap_write_lock(kvm->mm);
404         do {
405                 vma = find_vma_intersection(kvm->mm, start, end);
406                 if (!vma) {
407                         ret = H_STATE;
408                         break;
409                 }
410                 ret = ksm_madvise(vma, vma->vm_start, vma->vm_end,
411                           merge_flag, &vma->vm_flags);
412                 if (ret) {
413                         ret = H_STATE;
414                         break;
415                 }
416                 start = vma->vm_end;
417         } while (end > vma->vm_end);
418
419         mmap_write_unlock(kvm->mm);
420         return ret;
421 }
422
423 static void __kvmppc_uvmem_memslot_delete(struct kvm *kvm,
424                 const struct kvm_memory_slot *memslot)
425 {
426         uv_unregister_mem_slot(kvm->arch.lpid, memslot->id);
427         kvmppc_uvmem_slot_free(kvm, memslot);
428         kvmppc_memslot_page_merge(kvm, memslot, true);
429 }
430
431 static int __kvmppc_uvmem_memslot_create(struct kvm *kvm,
432                 const struct kvm_memory_slot *memslot)
433 {
434         int ret = H_PARAMETER;
435
436         if (kvmppc_memslot_page_merge(kvm, memslot, false))
437                 return ret;
438
439         if (kvmppc_uvmem_slot_init(kvm, memslot))
440                 goto out1;
441
442         ret = uv_register_mem_slot(kvm->arch.lpid,
443                                    memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT,
444                                    memslot->npages * PAGE_SIZE,
445                                    0, memslot->id);
446         if (ret < 0) {
447                 ret = H_PARAMETER;
448                 goto out;
449         }
450         return 0;
451 out:
452         kvmppc_uvmem_slot_free(kvm, memslot);
453 out1:
454         kvmppc_memslot_page_merge(kvm, memslot, true);
455         return ret;
456 }
457
458 unsigned long kvmppc_h_svm_init_start(struct kvm *kvm)
459 {
460         struct kvm_memslots *slots;
461         struct kvm_memory_slot *memslot, *m;
462         int ret = H_SUCCESS;
463         int srcu_idx;
464
465         kvm->arch.secure_guest = KVMPPC_SECURE_INIT_START;
466
467         if (!kvmppc_uvmem_bitmap)
468                 return H_UNSUPPORTED;
469
470         /* Only radix guests can be secure guests */
471         if (!kvm_is_radix(kvm))
472                 return H_UNSUPPORTED;
473
474         /* NAK the transition to secure if not enabled */
475         if (!kvm->arch.svm_enabled)
476                 return H_AUTHORITY;
477
478         srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
479
480         /* register the memslot */
481         slots = kvm_memslots(kvm);
482         kvm_for_each_memslot(memslot, slots) {
483                 ret = __kvmppc_uvmem_memslot_create(kvm, memslot);
484                 if (ret)
485                         break;
486         }
487
488         if (ret) {
489                 slots = kvm_memslots(kvm);
490                 kvm_for_each_memslot(m, slots) {
491                         if (m == memslot)
492                                 break;
493                         __kvmppc_uvmem_memslot_delete(kvm, memslot);
494                 }
495         }
496
497         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
498         return ret;
499 }
500
501 /*
502  * Provision a new page on HV side and copy over the contents
503  * from secure memory using UV_PAGE_OUT uvcall.
504  * Caller must held kvm->arch.uvmem_lock.
505  */
506 static int __kvmppc_svm_page_out(struct vm_area_struct *vma,
507                 unsigned long start,
508                 unsigned long end, unsigned long page_shift,
509                 struct kvm *kvm, unsigned long gpa)
510 {
511         unsigned long src_pfn, dst_pfn = 0;
512         struct migrate_vma mig;
513         struct page *dpage, *spage;
514         struct kvmppc_uvmem_page_pvt *pvt;
515         unsigned long pfn;
516         int ret = U_SUCCESS;
517
518         memset(&mig, 0, sizeof(mig));
519         mig.vma = vma;
520         mig.start = start;
521         mig.end = end;
522         mig.src = &src_pfn;
523         mig.dst = &dst_pfn;
524         mig.pgmap_owner = &kvmppc_uvmem_pgmap;
525         mig.flags = MIGRATE_VMA_SELECT_DEVICE_PRIVATE;
526
527         /* The requested page is already paged-out, nothing to do */
528         if (!kvmppc_gfn_is_uvmem_pfn(gpa >> page_shift, kvm, NULL))
529                 return ret;
530
531         ret = migrate_vma_setup(&mig);
532         if (ret)
533                 return -1;
534
535         spage = migrate_pfn_to_page(*mig.src);
536         if (!spage || !(*mig.src & MIGRATE_PFN_MIGRATE))
537                 goto out_finalize;
538
539         if (!is_zone_device_page(spage))
540                 goto out_finalize;
541
542         dpage = alloc_page_vma(GFP_HIGHUSER, vma, start);
543         if (!dpage) {
544                 ret = -1;
545                 goto out_finalize;
546         }
547
548         lock_page(dpage);
549         pvt = spage->zone_device_data;
550         pfn = page_to_pfn(dpage);
551
552         /*
553          * This function is used in two cases:
554          * - When HV touches a secure page, for which we do UV_PAGE_OUT
555          * - When a secure page is converted to shared page, we *get*
556          *   the page to essentially unmap the device page. In this
557          *   case we skip page-out.
558          */
559         if (!pvt->skip_page_out)
560                 ret = uv_page_out(kvm->arch.lpid, pfn << page_shift,
561                                   gpa, 0, page_shift);
562
563         if (ret == U_SUCCESS)
564                 *mig.dst = migrate_pfn(pfn) | MIGRATE_PFN_LOCKED;
565         else {
566                 unlock_page(dpage);
567                 __free_page(dpage);
568                 goto out_finalize;
569         }
570
571         migrate_vma_pages(&mig);
572
573 out_finalize:
574         migrate_vma_finalize(&mig);
575         return ret;
576 }
577
578 static inline int kvmppc_svm_page_out(struct vm_area_struct *vma,
579                                       unsigned long start, unsigned long end,
580                                       unsigned long page_shift,
581                                       struct kvm *kvm, unsigned long gpa)
582 {
583         int ret;
584
585         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
586         ret = __kvmppc_svm_page_out(vma, start, end, page_shift, kvm, gpa);
587         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
588
589         return ret;
590 }
591
592 /*
593  * Drop device pages that we maintain for the secure guest
594  *
595  * We first mark the pages to be skipped from UV_PAGE_OUT when there
596  * is HV side fault on these pages. Next we *get* these pages, forcing
597  * fault on them, do fault time migration to replace the device PTEs in
598  * QEMU page table with normal PTEs from newly allocated pages.
599  */
600 void kvmppc_uvmem_drop_pages(const struct kvm_memory_slot *slot,
601                              struct kvm *kvm, bool skip_page_out)
602 {
603         int i;
604         struct kvmppc_uvmem_page_pvt *pvt;
605         struct page *uvmem_page;
606         struct vm_area_struct *vma = NULL;
607         unsigned long uvmem_pfn, gfn;
608         unsigned long addr;
609
610         mmap_read_lock(kvm->mm);
611
612         addr = slot->userspace_addr;
613
614         gfn = slot->base_gfn;
615         for (i = slot->npages; i; --i, ++gfn, addr += PAGE_SIZE) {
616
617                 /* Fetch the VMA if addr is not in the latest fetched one */
618                 if (!vma || addr >= vma->vm_end) {
619                         vma = find_vma_intersection(kvm->mm, addr, addr+1);
620                         if (!vma) {
621                                 pr_err("Can't find VMA for gfn:0x%lx\n", gfn);
622                                 break;
623                         }
624                 }
625
626                 mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
627
628                 if (kvmppc_gfn_is_uvmem_pfn(gfn, kvm, &uvmem_pfn)) {
629                         uvmem_page = pfn_to_page(uvmem_pfn);
630                         pvt = uvmem_page->zone_device_data;
631                         pvt->skip_page_out = skip_page_out;
632                         pvt->remove_gfn = true;
633
634                         if (__kvmppc_svm_page_out(vma, addr, addr + PAGE_SIZE,
635                                                   PAGE_SHIFT, kvm, pvt->gpa))
636                                 pr_err("Can't page out gpa:0x%lx addr:0x%lx\n",
637                                        pvt->gpa, addr);
638                 } else {
639                         /* Remove the shared flag if any */
640                         kvmppc_gfn_remove(gfn, kvm);
641                 }
642
643                 mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
644         }
645
646         mmap_read_unlock(kvm->mm);
647 }
648
649 unsigned long kvmppc_h_svm_init_abort(struct kvm *kvm)
650 {
651         int srcu_idx;
652         struct kvm_memory_slot *memslot;
653
654         /*
655          * Expect to be called only after INIT_START and before INIT_DONE.
656          * If INIT_DONE was completed, use normal VM termination sequence.
657          */
658         if (!(kvm->arch.secure_guest & KVMPPC_SECURE_INIT_START))
659                 return H_UNSUPPORTED;
660
661         if (kvm->arch.secure_guest & KVMPPC_SECURE_INIT_DONE)
662                 return H_STATE;
663
664         srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
665
666         kvm_for_each_memslot(memslot, kvm_memslots(kvm))
667                 kvmppc_uvmem_drop_pages(memslot, kvm, false);
668
669         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
670
671         kvm->arch.secure_guest = 0;
672         uv_svm_terminate(kvm->arch.lpid);
673
674         return H_PARAMETER;
675 }
676
677 /*
678  * Get a free device PFN from the pool
679  *
680  * Called when a normal page is moved to secure memory (UV_PAGE_IN). Device
681  * PFN will be used to keep track of the secure page on HV side.
682  *
683  * Called with kvm->arch.uvmem_lock held
684  */
685 static struct page *kvmppc_uvmem_get_page(unsigned long gpa, struct kvm *kvm)
686 {
687         struct page *dpage = NULL;
688         unsigned long bit, uvmem_pfn;
689         struct kvmppc_uvmem_page_pvt *pvt;
690         unsigned long pfn_last, pfn_first;
691
692         pfn_first = kvmppc_uvmem_pgmap.range.start >> PAGE_SHIFT;
693         pfn_last = pfn_first +
694                    (range_len(&kvmppc_uvmem_pgmap.range) >> PAGE_SHIFT);
695
696         spin_lock(&kvmppc_uvmem_bitmap_lock);
697         bit = find_first_zero_bit(kvmppc_uvmem_bitmap,
698                                   pfn_last - pfn_first);
699         if (bit >= (pfn_last - pfn_first))
700                 goto out;
701         bitmap_set(kvmppc_uvmem_bitmap, bit, 1);
702         spin_unlock(&kvmppc_uvmem_bitmap_lock);
703
704         pvt = kzalloc(sizeof(*pvt), GFP_KERNEL);
705         if (!pvt)
706                 goto out_clear;
707
708         uvmem_pfn = bit + pfn_first;
709         kvmppc_gfn_secure_uvmem_pfn(gpa >> PAGE_SHIFT, uvmem_pfn, kvm);
710
711         pvt->gpa = gpa;
712         pvt->kvm = kvm;
713
714         dpage = pfn_to_page(uvmem_pfn);
715         dpage->zone_device_data = pvt;
716         get_page(dpage);
717         lock_page(dpage);
718         return dpage;
719 out_clear:
720         spin_lock(&kvmppc_uvmem_bitmap_lock);
721         bitmap_clear(kvmppc_uvmem_bitmap, bit, 1);
722 out:
723         spin_unlock(&kvmppc_uvmem_bitmap_lock);
724         return NULL;
725 }
726
727 /*
728  * Alloc a PFN from private device memory pool. If @pagein is true,
729  * copy page from normal memory to secure memory using UV_PAGE_IN uvcall.
730  */
731 static int kvmppc_svm_page_in(struct vm_area_struct *vma,
732                 unsigned long start,
733                 unsigned long end, unsigned long gpa, struct kvm *kvm,
734                 unsigned long page_shift,
735                 bool pagein)
736 {
737         unsigned long src_pfn, dst_pfn = 0;
738         struct migrate_vma mig;
739         struct page *spage;
740         unsigned long pfn;
741         struct page *dpage;
742         int ret = 0;
743
744         memset(&mig, 0, sizeof(mig));
745         mig.vma = vma;
746         mig.start = start;
747         mig.end = end;
748         mig.src = &src_pfn;
749         mig.dst = &dst_pfn;
750         mig.flags = MIGRATE_VMA_SELECT_SYSTEM;
751
752         ret = migrate_vma_setup(&mig);
753         if (ret)
754                 return ret;
755
756         if (!(*mig.src & MIGRATE_PFN_MIGRATE)) {
757                 ret = -1;
758                 goto out_finalize;
759         }
760
761         dpage = kvmppc_uvmem_get_page(gpa, kvm);
762         if (!dpage) {
763                 ret = -1;
764                 goto out_finalize;
765         }
766
767         if (pagein) {
768                 pfn = *mig.src >> MIGRATE_PFN_SHIFT;
769                 spage = migrate_pfn_to_page(*mig.src);
770                 if (spage) {
771                         ret = uv_page_in(kvm->arch.lpid, pfn << page_shift,
772                                         gpa, 0, page_shift);
773                         if (ret)
774                                 goto out_finalize;
775                 }
776         }
777
778         *mig.dst = migrate_pfn(page_to_pfn(dpage)) | MIGRATE_PFN_LOCKED;
779         migrate_vma_pages(&mig);
780 out_finalize:
781         migrate_vma_finalize(&mig);
782         return ret;
783 }
784
785 static int kvmppc_uv_migrate_mem_slot(struct kvm *kvm,
786                 const struct kvm_memory_slot *memslot)
787 {
788         unsigned long gfn = memslot->base_gfn;
789         struct vm_area_struct *vma;
790         unsigned long start, end;
791         int ret = 0;
792
793         mmap_read_lock(kvm->mm);
794         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
795         while (kvmppc_next_nontransitioned_gfn(memslot, kvm, &gfn)) {
796                 ret = H_STATE;
797                 start = gfn_to_hva(kvm, gfn);
798                 if (kvm_is_error_hva(start))
799                         break;
800
801                 end = start + (1UL << PAGE_SHIFT);
802                 vma = find_vma_intersection(kvm->mm, start, end);
803                 if (!vma || vma->vm_start > start || vma->vm_end < end)
804                         break;
805
806                 ret = kvmppc_svm_page_in(vma, start, end,
807                                 (gfn << PAGE_SHIFT), kvm, PAGE_SHIFT, false);
808                 if (ret) {
809                         ret = H_STATE;
810                         break;
811                 }
812
813                 /* relinquish the cpu if needed */
814                 cond_resched();
815         }
816         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
817         mmap_read_unlock(kvm->mm);
818         return ret;
819 }
820
821 unsigned long kvmppc_h_svm_init_done(struct kvm *kvm)
822 {
823         struct kvm_memslots *slots;
824         struct kvm_memory_slot *memslot;
825         int srcu_idx;
826         long ret = H_SUCCESS;
827
828         if (!(kvm->arch.secure_guest & KVMPPC_SECURE_INIT_START))
829                 return H_UNSUPPORTED;
830
831         /* migrate any unmoved normal pfn to device pfns*/
832         srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
833         slots = kvm_memslots(kvm);
834         kvm_for_each_memslot(memslot, slots) {
835                 ret = kvmppc_uv_migrate_mem_slot(kvm, memslot);
836                 if (ret) {
837                         /*
838                          * The pages will remain transitioned.
839                          * Its the callers responsibility to
840                          * terminate the VM, which will undo
841                          * all state of the VM. Till then
842                          * this VM is in a erroneous state.
843                          * Its KVMPPC_SECURE_INIT_DONE will
844                          * remain unset.
845                          */
846                         ret = H_STATE;
847                         goto out;
848                 }
849         }
850
851         kvm->arch.secure_guest |= KVMPPC_SECURE_INIT_DONE;
852         pr_info("LPID %d went secure\n", kvm->arch.lpid);
853
854 out:
855         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
856         return ret;
857 }
858
859 /*
860  * Shares the page with HV, thus making it a normal page.
861  *
862  * - If the page is already secure, then provision a new page and share
863  * - If the page is a normal page, share the existing page
864  *
865  * In the former case, uses dev_pagemap_ops.migrate_to_ram handler
866  * to unmap the device page from QEMU's page tables.
867  */
868 static unsigned long kvmppc_share_page(struct kvm *kvm, unsigned long gpa,
869                 unsigned long page_shift)
870 {
871
872         int ret = H_PARAMETER;
873         struct page *uvmem_page;
874         struct kvmppc_uvmem_page_pvt *pvt;
875         unsigned long pfn;
876         unsigned long gfn = gpa >> page_shift;
877         int srcu_idx;
878         unsigned long uvmem_pfn;
879
880         srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
881         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
882         if (kvmppc_gfn_is_uvmem_pfn(gfn, kvm, &uvmem_pfn)) {
883                 uvmem_page = pfn_to_page(uvmem_pfn);
884                 pvt = uvmem_page->zone_device_data;
885                 pvt->skip_page_out = true;
886                 /*
887                  * do not drop the GFN. It is a valid GFN
888                  * that is transitioned to a shared GFN.
889                  */
890                 pvt->remove_gfn = false;
891         }
892
893 retry:
894         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
895         pfn = gfn_to_pfn(kvm, gfn);
896         if (is_error_noslot_pfn(pfn))
897                 goto out;
898
899         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
900         if (kvmppc_gfn_is_uvmem_pfn(gfn, kvm, &uvmem_pfn)) {
901                 uvmem_page = pfn_to_page(uvmem_pfn);
902                 pvt = uvmem_page->zone_device_data;
903                 pvt->skip_page_out = true;
904                 pvt->remove_gfn = false; /* it continues to be a valid GFN */
905                 kvm_release_pfn_clean(pfn);
906                 goto retry;
907         }
908
909         if (!uv_page_in(kvm->arch.lpid, pfn << page_shift, gpa, 0,
910                                 page_shift)) {
911                 kvmppc_gfn_shared(gfn, kvm);
912                 ret = H_SUCCESS;
913         }
914         kvm_release_pfn_clean(pfn);
915         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
916 out:
917         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
918         return ret;
919 }
920
921 /*
922  * H_SVM_PAGE_IN: Move page from normal memory to secure memory.
923  *
924  * H_PAGE_IN_SHARED flag makes the page shared which means that the same
925  * memory in is visible from both UV and HV.
926  */
927 unsigned long kvmppc_h_svm_page_in(struct kvm *kvm, unsigned long gpa,
928                 unsigned long flags,
929                 unsigned long page_shift)
930 {
931         unsigned long start, end;
932         struct vm_area_struct *vma;
933         int srcu_idx;
934         unsigned long gfn = gpa >> page_shift;
935         int ret;
936
937         if (!(kvm->arch.secure_guest & KVMPPC_SECURE_INIT_START))
938                 return H_UNSUPPORTED;
939
940         if (page_shift != PAGE_SHIFT)
941                 return H_P3;
942
943         if (flags & ~H_PAGE_IN_SHARED)
944                 return H_P2;
945
946         if (flags & H_PAGE_IN_SHARED)
947                 return kvmppc_share_page(kvm, gpa, page_shift);
948
949         ret = H_PARAMETER;
950         srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
951         mmap_read_lock(kvm->mm);
952
953         start = gfn_to_hva(kvm, gfn);
954         if (kvm_is_error_hva(start))
955                 goto out;
956
957         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
958         /* Fail the page-in request of an already paged-in page */
959         if (kvmppc_gfn_is_uvmem_pfn(gfn, kvm, NULL))
960                 goto out_unlock;
961
962         end = start + (1UL << page_shift);
963         vma = find_vma_intersection(kvm->mm, start, end);
964         if (!vma || vma->vm_start > start || vma->vm_end < end)
965                 goto out_unlock;
966
967         if (kvmppc_svm_page_in(vma, start, end, gpa, kvm, page_shift,
968                                 true))
969                 goto out_unlock;
970
971         ret = H_SUCCESS;
972
973 out_unlock:
974         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
975 out:
976         mmap_read_unlock(kvm->mm);
977         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
978         return ret;
979 }
980
981
982 /*
983  * Fault handler callback that gets called when HV touches any page that
984  * has been moved to secure memory, we ask UV to give back the page by
985  * issuing UV_PAGE_OUT uvcall.
986  *
987  * This eventually results in dropping of device PFN and the newly
988  * provisioned page/PFN gets populated in QEMU page tables.
989  */
990 static vm_fault_t kvmppc_uvmem_migrate_to_ram(struct vm_fault *vmf)
991 {
992         struct kvmppc_uvmem_page_pvt *pvt = vmf->page->zone_device_data;
993
994         if (kvmppc_svm_page_out(vmf->vma, vmf->address,
995                                 vmf->address + PAGE_SIZE, PAGE_SHIFT,
996                                 pvt->kvm, pvt->gpa))
997                 return VM_FAULT_SIGBUS;
998         else
999                 return 0;
1000 }
1001
1002 /*
1003  * Release the device PFN back to the pool
1004  *
1005  * Gets called when secure GFN tranistions from a secure-PFN
1006  * to a normal PFN during H_SVM_PAGE_OUT.
1007  * Gets called with kvm->arch.uvmem_lock held.
1008  */
1009 static void kvmppc_uvmem_page_free(struct page *page)
1010 {
1011         unsigned long pfn = page_to_pfn(page) -
1012                         (kvmppc_uvmem_pgmap.range.start >> PAGE_SHIFT);
1013         struct kvmppc_uvmem_page_pvt *pvt;
1014
1015         spin_lock(&kvmppc_uvmem_bitmap_lock);
1016         bitmap_clear(kvmppc_uvmem_bitmap, pfn, 1);
1017         spin_unlock(&kvmppc_uvmem_bitmap_lock);
1018
1019         pvt = page->zone_device_data;
1020         page->zone_device_data = NULL;
1021         if (pvt->remove_gfn)
1022                 kvmppc_gfn_remove(pvt->gpa >> PAGE_SHIFT, pvt->kvm);
1023         else
1024                 kvmppc_gfn_secure_mem_pfn(pvt->gpa >> PAGE_SHIFT, pvt->kvm);
1025         kfree(pvt);
1026 }
1027
1028 static const struct dev_pagemap_ops kvmppc_uvmem_ops = {
1029         .page_free = kvmppc_uvmem_page_free,
1030         .migrate_to_ram = kvmppc_uvmem_migrate_to_ram,
1031 };
1032
1033 /*
1034  * H_SVM_PAGE_OUT: Move page from secure memory to normal memory.
1035  */
1036 unsigned long
1037 kvmppc_h_svm_page_out(struct kvm *kvm, unsigned long gpa,
1038                       unsigned long flags, unsigned long page_shift)
1039 {
1040         unsigned long gfn = gpa >> page_shift;
1041         unsigned long start, end;
1042         struct vm_area_struct *vma;
1043         int srcu_idx;
1044         int ret;
1045
1046         if (!(kvm->arch.secure_guest & KVMPPC_SECURE_INIT_START))
1047                 return H_UNSUPPORTED;
1048
1049         if (page_shift != PAGE_SHIFT)
1050                 return H_P3;
1051
1052         if (flags)
1053                 return H_P2;
1054
1055         ret = H_PARAMETER;
1056         srcu_idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
1057         mmap_read_lock(kvm->mm);
1058         start = gfn_to_hva(kvm, gfn);
1059         if (kvm_is_error_hva(start))
1060                 goto out;
1061
1062         end = start + (1UL << page_shift);
1063         vma = find_vma_intersection(kvm->mm, start, end);
1064         if (!vma || vma->vm_start > start || vma->vm_end < end)
1065                 goto out;
1066
1067         if (!kvmppc_svm_page_out(vma, start, end, page_shift, kvm, gpa))
1068                 ret = H_SUCCESS;
1069 out:
1070         mmap_read_unlock(kvm->mm);
1071         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, srcu_idx);
1072         return ret;
1073 }
1074
1075 int kvmppc_send_page_to_uv(struct kvm *kvm, unsigned long gfn)
1076 {
1077         unsigned long pfn;
1078         int ret = U_SUCCESS;
1079
1080         pfn = gfn_to_pfn(kvm, gfn);
1081         if (is_error_noslot_pfn(pfn))
1082                 return -EFAULT;
1083
1084         mutex_lock(&kvm->arch.uvmem_lock);
1085         if (kvmppc_gfn_is_uvmem_pfn(gfn, kvm, NULL))
1086                 goto out;
1087
1088         ret = uv_page_in(kvm->arch.lpid, pfn << PAGE_SHIFT, gfn << PAGE_SHIFT,
1089                          0, PAGE_SHIFT);
1090 out:
1091         kvm_release_pfn_clean(pfn);
1092         mutex_unlock(&kvm->arch.uvmem_lock);
1093         return (ret == U_SUCCESS) ? RESUME_GUEST : -EFAULT;
1094 }
1095
1096 int kvmppc_uvmem_memslot_create(struct kvm *kvm, const struct kvm_memory_slot *new)
1097 {
1098         int ret = __kvmppc_uvmem_memslot_create(kvm, new);
1099
1100         if (!ret)
1101                 ret = kvmppc_uv_migrate_mem_slot(kvm, new);
1102
1103         return ret;
1104 }
1105
1106 void kvmppc_uvmem_memslot_delete(struct kvm *kvm, const struct kvm_memory_slot *old)
1107 {
1108         __kvmppc_uvmem_memslot_delete(kvm, old);
1109 }
1110
1111 static u64 kvmppc_get_secmem_size(void)
1112 {
1113         struct device_node *np;
1114         int i, len;
1115         const __be32 *prop;
1116         u64 size = 0;
1117
1118         /*
1119          * First try the new ibm,secure-memory nodes which supersede the
1120          * secure-memory-ranges property.
1121          * If we found some, no need to read the deprecated ones.
1122          */
1123         for_each_compatible_node(np, NULL, "ibm,secure-memory") {
1124                 prop = of_get_property(np, "reg", &len);
1125                 if (!prop)
1126                         continue;
1127                 size += of_read_number(prop + 2, 2);
1128         }
1129         if (size)
1130                 return size;
1131
1132         np = of_find_compatible_node(NULL, NULL, "ibm,uv-firmware");
1133         if (!np)
1134                 goto out;
1135
1136         prop = of_get_property(np, "secure-memory-ranges", &len);
1137         if (!prop)
1138                 goto out_put;
1139
1140         for (i = 0; i < len / (sizeof(*prop) * 4); i++)
1141                 size += of_read_number(prop + (i * 4) + 2, 2);
1142
1143 out_put:
1144         of_node_put(np);
1145 out:
1146         return size;
1147 }
1148
1149 int kvmppc_uvmem_init(void)
1150 {
1151         int ret = 0;
1152         unsigned long size;
1153         struct resource *res;
1154         void *addr;
1155         unsigned long pfn_last, pfn_first;
1156
1157         size = kvmppc_get_secmem_size();
1158         if (!size) {
1159                 /*
1160                  * Don't fail the initialization of kvm-hv module if
1161                  * the platform doesn't export ibm,uv-firmware node.
1162                  * Let normal guests run on such PEF-disabled platform.
1163                  */
1164                 pr_info("KVMPPC-UVMEM: No support for secure guests\n");
1165                 goto out;
1166         }
1167
1168         res = request_free_mem_region(&iomem_resource, size, "kvmppc_uvmem");
1169         if (IS_ERR(res)) {
1170                 ret = PTR_ERR(res);
1171                 goto out;
1172         }
1173
1174         kvmppc_uvmem_pgmap.type = MEMORY_DEVICE_PRIVATE;
1175         kvmppc_uvmem_pgmap.range.start = res->start;
1176         kvmppc_uvmem_pgmap.range.end = res->end;
1177         kvmppc_uvmem_pgmap.nr_range = 1;
1178         kvmppc_uvmem_pgmap.ops = &kvmppc_uvmem_ops;
1179         /* just one global instance: */
1180         kvmppc_uvmem_pgmap.owner = &kvmppc_uvmem_pgmap;
1181         addr = memremap_pages(&kvmppc_uvmem_pgmap, NUMA_NO_NODE);
1182         if (IS_ERR(addr)) {
1183                 ret = PTR_ERR(addr);
1184                 goto out_free_region;
1185         }
1186
1187         pfn_first = res->start >> PAGE_SHIFT;
1188         pfn_last = pfn_first + (resource_size(res) >> PAGE_SHIFT);
1189         kvmppc_uvmem_bitmap = kcalloc(BITS_TO_LONGS(pfn_last - pfn_first),
1190                                       sizeof(unsigned long), GFP_KERNEL);
1191         if (!kvmppc_uvmem_bitmap) {
1192                 ret = -ENOMEM;
1193                 goto out_unmap;
1194         }
1195
1196         pr_info("KVMPPC-UVMEM: Secure Memory size 0x%lx\n", size);
1197         return ret;
1198 out_unmap:
1199         memunmap_pages(&kvmppc_uvmem_pgmap);
1200 out_free_region:
1201         release_mem_region(res->start, size);
1202 out:
1203         return ret;
1204 }
1205
1206 void kvmppc_uvmem_free(void)
1207 {
1208         if (!kvmppc_uvmem_bitmap)
1209                 return;
1210
1211         memunmap_pages(&kvmppc_uvmem_pgmap);
1212         release_mem_region(kvmppc_uvmem_pgmap.range.start,
1213                            range_len(&kvmppc_uvmem_pgmap.range));
1214         kfree(kvmppc_uvmem_bitmap);
1215 }