arch/powerpc/mm/pgtable.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * This file contains common routines for dealing with free of page tables
   4  * Along with common page table handling code
   5  *
   6  *  Derived from arch/powerpc/mm/tlb_64.c:
   7  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   8  *
   9  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
  10  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
  11  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
  12  *
  13  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  14  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  15  *
  16  *  Dave Engebretsen <engebret@us.ibm.com>
  17  *      Rework for PPC64 port.
  18  */
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/gfp.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/percpu.h>
  24 #include <linux/hardirq.h>
  25 #include <linux/hugetlb.h>
  26 #include <asm/tlbflush.h>
  27 #include <asm/tlb.h>
  28 #include <asm/hugetlb.h>
  29 #include <asm/pte-walk.h>
  30
  31 #ifdef CONFIG_PPC64
  32 #define PGD_ALIGN (sizeof(pgd_t) * MAX_PTRS_PER_PGD)
  33 #else
  34 #define PGD_ALIGN PAGE_SIZE
  35 #endif
  36
  37 pgd_t swapper_pg_dir[MAX_PTRS_PER_PGD] __section(".bss..page_aligned") __aligned(PGD_ALIGN);
  38
  39 static inline int is_exec_fault(void)
  40 {
  41         return current->thread.regs && TRAP(current->thread.regs) == 0x400;
  42 }
  43
  44 /* We only try to do i/d cache coherency on stuff that looks like
  45  * reasonably "normal" PTEs. We currently require a PTE to be present
  46  * and we avoid _PAGE_SPECIAL and cache inhibited pte. We also only do that
  47  * on userspace PTEs
  48  */
  49 static inline int pte_looks_normal(pte_t pte, unsigned long addr)
  50 {
  51
  52         if (pte_present(pte) && !pte_special(pte)) {
  53                 if (pte_ci(pte))
  54                         return 0;
  55                 if (!is_kernel_addr(addr))
  56                         return 1;
  57         }
  58         return 0;
  59 }
  60
  61 static struct folio *maybe_pte_to_folio(pte_t pte)
  62 {
  63         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
  64         struct page *page;
  65
  66         if (unlikely(!pfn_valid(pfn)))
  67                 return NULL;
  68         page = pfn_to_page(pfn);
  69         if (PageReserved(page))
  70                 return NULL;
  71         return page_folio(page);
  72 }
  73
  74 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S
  75
  76 /* Server-style MMU handles coherency when hashing if HW exec permission
  77  * is supposed per page (currently 64-bit only). If not, then, we always
  78  * flush the cache for valid PTEs in set_pte. Embedded CPU without HW exec
  79  * support falls into the same category.
  80  */
  81
  82 static pte_t set_pte_filter_hash(pte_t pte, unsigned long addr)
  83 {
  84         pte = __pte(pte_val(pte) & ~_PAGE_HPTEFLAGS);
  85         if (pte_looks_normal(pte, addr) && !(cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE) ||
  86                                              cpu_has_feature(CPU_FTR_NOEXECUTE))) {
  87                 struct folio *folio = maybe_pte_to_folio(pte);
  88                 if (!folio)
  89                         return pte;
  90                 if (!test_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags)) {
  91                         flush_dcache_icache_folio(folio);
  92                         set_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags);
  93                 }
  94         }
  95         return pte;
  96 }
  97
  98 #else /* CONFIG_PPC_BOOK3S */
  99
 100 static pte_t set_pte_filter_hash(pte_t pte, unsigned long addr) { return pte; }
 101
 102 #endif /* CONFIG_PPC_BOOK3S */
 103
 104 /* Embedded type MMU with HW exec support. This is a bit more complicated
 105  * as we don't have two bits to spare for _PAGE_EXEC and _PAGE_HWEXEC so
 106  * instead we "filter out" the exec permission for non clean pages.
 107  *
 108  * This is also called once for the folio. So only work with folio->flags here.
 109  */
 110 static inline pte_t set_pte_filter(pte_t pte, unsigned long addr)
 111 {
 112         struct folio *folio;
 113
 114         if (radix_enabled())
 115                 return pte;
 116
 117         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 118                 return set_pte_filter_hash(pte, addr);
 119
 120         /* No exec permission in the first place, move on */
 121         if (!pte_exec(pte) || !pte_looks_normal(pte, addr))
 122                 return pte;
 123
 124         /* If you set _PAGE_EXEC on weird pages you're on your own */
 125         folio = maybe_pte_to_folio(pte);
 126         if (unlikely(!folio))
 127                 return pte;
 128
 129         /* If the page clean, we move on */
 130         if (test_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags))
 131                 return pte;
 132
 133         /* If it's an exec fault, we flush the cache and make it clean */
 134         if (is_exec_fault()) {
 135                 flush_dcache_icache_folio(folio);
 136                 set_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags);
 137                 return pte;
 138         }
 139
 140         /* Else, we filter out _PAGE_EXEC */
 141         return pte_exprotect(pte);
 142 }
 143
 144 static pte_t set_access_flags_filter(pte_t pte, struct vm_area_struct *vma,
 145                                      int dirty)
 146 {
 147         struct folio *folio;
 148
 149         if (IS_ENABLED(CONFIG_PPC_BOOK3S_64))
 150                 return pte;
 151
 152         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 153                 return pte;
 154
 155         /* So here, we only care about exec faults, as we use them
 156          * to recover lost _PAGE_EXEC and perform I$/D$ coherency
 157          * if necessary. Also if _PAGE_EXEC is already set, same deal,
 158          * we just bail out
 159          */
 160         if (dirty || pte_exec(pte) || !is_exec_fault())
 161                 return pte;
 162
 163 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 164         /* So this is an exec fault, _PAGE_EXEC is not set. If it was
 165          * an error we would have bailed out earlier in do_page_fault()
 166          * but let's make sure of it
 167          */
 168         if (WARN_ON(!(vma->vm_flags & VM_EXEC)))
 169                 return pte;
 170 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
 171
 172         /* If you set _PAGE_EXEC on weird pages you're on your own */
 173         folio = maybe_pte_to_folio(pte);
 174         if (unlikely(!folio))
 175                 goto bail;
 176
 177         /* If the page is already clean, we move on */
 178         if (test_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags))
 179                 goto bail;
 180
 181         /* Clean the page and set PG_dcache_clean */
 182         flush_dcache_icache_folio(folio);
 183         set_bit(PG_dcache_clean, &folio->flags);
 184
 185  bail:
 186         return pte_mkexec(pte);
 187 }
 188
 189 /*
 190  * set_pte stores a linux PTE into the linux page table.
 191  */
 192 void set_ptes(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep,
 193                 pte_t pte, unsigned int nr)
 194 {
 195
 196         /* Note: mm->context.id might not yet have been assigned as
 197          * this context might not have been activated yet when this
 198          * is called. Filter the pte value and use the filtered value
 199          * to setup all the ptes in the range.
 200          */
 201         pte = set_pte_filter(pte, addr);
 202
 203         /*
 204          * We don't need to call arch_enter/leave_lazy_mmu_mode()
 205          * because we expect set_ptes to be only be used on not present
 206          * and not hw_valid ptes. Hence there is no translation cache flush
 207          * involved that need to be batched.
 208          */
 209         for (;;) {
 210
 211                 /*
 212                  * Make sure hardware valid bit is not set. We don't do
 213                  * tlb flush for this update.
 214                  */
 215                 VM_WARN_ON(pte_hw_valid(*ptep) && !pte_protnone(*ptep));
 216
 217                 /* Perform the setting of the PTE */
 218                 __set_pte_at(mm, addr, ptep, pte, 0);
 219                 if (--nr == 0)
 220                         break;
 221                 ptep++;
 222                 addr += PAGE_SIZE;
 223                 /*
 224                  * increment the pfn.
 225                  */
 226                 pte = pfn_pte(pte_pfn(pte) + 1, pte_pgprot((pte)));
 227         }
 228 }
 229
 230 void unmap_kernel_page(unsigned long va)
 231 {
 232         pmd_t *pmdp = pmd_off_k(va);
 233         pte_t *ptep = pte_offset_kernel(pmdp, va);
 234
 235         pte_clear(&init_mm, va, ptep);
 236         flush_tlb_kernel_range(va, va + PAGE_SIZE);
 237 }
 238
 239 /*
 240  * This is called when relaxing access to a PTE. It's also called in the page
 241  * fault path when we don't hit any of the major fault cases, ie, a minor
 242  * update of _PAGE_ACCESSED, _PAGE_DIRTY, etc... The generic code will have
 243  * handled those two for us, we additionally deal with missing execute
 244  * permission here on some processors
 245  */
 246 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 247                           pte_t *ptep, pte_t entry, int dirty)
 248 {
 249         int changed;
 250         entry = set_access_flags_filter(entry, vma, dirty);
 251         changed = !pte_same(*(ptep), entry);
 252         if (changed) {
 253                 assert_pte_locked(vma->vm_mm, address);
 254                 __ptep_set_access_flags(vma, ptep, entry,
 255                                         address, mmu_virtual_psize);
 256         }
 257         return changed;
 258 }
 259
 260 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 261 int huge_ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 262                                unsigned long addr, pte_t *ptep,
 263                                pte_t pte, int dirty)
 264 {
 265 #ifdef HUGETLB_NEED_PRELOAD
 266         /*
 267          * The "return 1" forces a call of update_mmu_cache, which will write a
 268          * TLB entry.  Without this, platforms that don't do a write of the TLB
 269          * entry in the TLB miss handler asm will fault ad infinitum.
 270          */
 271         ptep_set_access_flags(vma, addr, ptep, pte, dirty);
 272         return 1;
 273 #else
 274         int changed, psize;
 275
 276         pte = set_access_flags_filter(pte, vma, dirty);
 277         changed = !pte_same(*(ptep), pte);
 278         if (changed) {
 279
 280 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 281                 struct hstate *h = hstate_vma(vma);
 282
 283                 psize = hstate_get_psize(h);
 284 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 285                 assert_spin_locked(huge_pte_lockptr(h, vma->vm_mm, ptep));
 286 #endif
 287
 288 #else
 289                 /*
 290                  * Not used on non book3s64 platforms.
 291                  * 8xx compares it with mmu_virtual_psize to
 292                  * know if it is a huge page or not.
 293                  */
 294                 psize = MMU_PAGE_COUNT;
 295 #endif
 296                 __ptep_set_access_flags(vma, ptep, pte, addr, psize);
 297         }
 298         return changed;
 299 #endif
 300 }
 301
 302 #if defined(CONFIG_PPC_8xx)
 303 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep,
 304                      pte_t pte, unsigned long sz)
 305 {
 306         pmd_t *pmd = pmd_off(mm, addr);
 307         pte_basic_t val;
 308         pte_basic_t *entry = (pte_basic_t *)ptep;
 309         int num, i;
 310
 311         /*
 312          * Make sure hardware valid bit is not set. We don't do
 313          * tlb flush for this update.
 314          */
 315         VM_WARN_ON(pte_hw_valid(*ptep) && !pte_protnone(*ptep));
 316
 317         pte = set_pte_filter(pte, addr);
 318
 319         val = pte_val(pte);
 320
 321         num = number_of_cells_per_pte(pmd, val, 1);
 322
 323         for (i = 0; i < num; i++, entry++, val += SZ_4K)
 324                 *entry = val;
 325 }
 326 #endif
 327 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 328
 329 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 330 void assert_pte_locked(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 331 {
 332         pgd_t *pgd;
 333         p4d_t *p4d;
 334         pud_t *pud;
 335         pmd_t *pmd;
 336         pte_t *pte;
 337         spinlock_t *ptl;
 338
 339         if (mm == &init_mm)
 340                 return;
 341         pgd = mm->pgd + pgd_index(addr);
 342         BUG_ON(pgd_none(*pgd));
 343         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 344         BUG_ON(p4d_none(*p4d));
 345         pud = pud_offset(p4d, addr);
 346         BUG_ON(pud_none(*pud));
 347         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 348         /*
 349          * khugepaged to collapse normal pages to hugepage, first set
 350          * pmd to none to force page fault/gup to take mmap_lock. After
 351          * pmd is set to none, we do a pte_clear which does this assertion
 352          * so if we find pmd none, return.
 353          */
 354         if (pmd_none(*pmd))
 355                 return;
 356         pte = pte_offset_map_nolock(mm, pmd, addr, &ptl);
 357         BUG_ON(!pte);
 358         assert_spin_locked(ptl);
 359         pte_unmap(pte);
 360 }
 361 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
 362
 363 unsigned long vmalloc_to_phys(void *va)
 364 {
 365         unsigned long pfn = vmalloc_to_pfn(va);
 366
 367         BUG_ON(!pfn);
 368         return __pa(pfn_to_kaddr(pfn)) + offset_in_page(va);
 369 }
 370 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmalloc_to_phys);
 371
 372 /*
 373  * We have 4 cases for pgds and pmds:
 374  * (1) invalid (all zeroes)
 375  * (2) pointer to next table, as normal; bottom 6 bits == 0
 376  * (3) leaf pte for huge page _PAGE_PTE set
 377  * (4) hugepd pointer, _PAGE_PTE = 0 and bits [2..6] indicate size of table
 378  *
 379  * So long as we atomically load page table pointers we are safe against teardown,
 380  * we can follow the address down to the page and take a ref on it.
 381  * This function need to be called with interrupts disabled. We use this variant
 382  * when we have MSR[EE] = 0 but the paca->irq_soft_mask = IRQS_ENABLED
 383  */
 384 pte_t *__find_linux_pte(pgd_t *pgdir, unsigned long ea,
 385                         bool *is_thp, unsigned *hpage_shift)
 386 {
 387         pgd_t *pgdp;
 388         p4d_t p4d, *p4dp;
 389         pud_t pud, *pudp;
 390         pmd_t pmd, *pmdp;
 391         pte_t *ret_pte;
 392         hugepd_t *hpdp = NULL;
 393         unsigned pdshift;
 394
 395         if (hpage_shift)
 396                 *hpage_shift = 0;
 397
 398         if (is_thp)
 399                 *is_thp = false;
 400
 401         /*
 402          * Always operate on the local stack value. This make sure the
 403          * value don't get updated by a parallel THP split/collapse,
 404          * page fault or a page unmap. The return pte_t * is still not
 405          * stable. So should be checked there for above conditions.
 406          * Top level is an exception because it is folded into p4d.
 407          */
 408         pgdp = pgdir + pgd_index(ea);
 409         p4dp = p4d_offset(pgdp, ea);
 410         p4d  = READ_ONCE(*p4dp);
 411         pdshift = P4D_SHIFT;
 412
 413         if (p4d_none(p4d))
 414                 return NULL;
 415
 416         if (p4d_is_leaf(p4d)) {
 417                 ret_pte = (pte_t *)p4dp;
 418                 goto out;
 419         }
 420
 421         if (is_hugepd(__hugepd(p4d_val(p4d)))) {
 422                 hpdp = (hugepd_t *)&p4d;
 423                 goto out_huge;
 424         }
 425
 426         /*
 427          * Even if we end up with an unmap, the pgtable will not
 428          * be freed, because we do an rcu free and here we are
 429          * irq disabled
 430          */
 431         pdshift = PUD_SHIFT;
 432         pudp = pud_offset(&p4d, ea);
 433         pud  = READ_ONCE(*pudp);
 434
 435         if (pud_none(pud))
 436                 return NULL;
 437
 438         if (pud_is_leaf(pud)) {
 439                 ret_pte = (pte_t *)pudp;
 440                 goto out;
 441         }
 442
 443         if (is_hugepd(__hugepd(pud_val(pud)))) {
 444                 hpdp = (hugepd_t *)&pud;
 445                 goto out_huge;
 446         }
 447
 448         pdshift = PMD_SHIFT;
 449         pmdp = pmd_offset(&pud, ea);
 450         pmd  = READ_ONCE(*pmdp);
 451
 452         /*
 453          * A hugepage collapse is captured by this condition, see
 454          * pmdp_collapse_flush.
 455          */
 456         if (pmd_none(pmd))
 457                 return NULL;
 458
 459 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 460         /*
 461          * A hugepage split is captured by this condition, see
 462          * pmdp_invalidate.
 463          *
 464          * Huge page modification can be caught here too.
 465          */
 466         if (pmd_is_serializing(pmd))
 467                 return NULL;
 468 #endif
 469
 470         if (pmd_trans_huge(pmd) || pmd_devmap(pmd)) {
 471                 if (is_thp)
 472                         *is_thp = true;
 473                 ret_pte = (pte_t *)pmdp;
 474                 goto out;
 475         }
 476
 477         if (pmd_is_leaf(pmd)) {
 478                 ret_pte = (pte_t *)pmdp;
 479                 goto out;
 480         }
 481
 482         if (is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmd)))) {
 483                 hpdp = (hugepd_t *)&pmd;
 484                 goto out_huge;
 485         }
 486
 487         return pte_offset_kernel(&pmd, ea);
 488
 489 out_huge:
 490         if (!hpdp)
 491                 return NULL;
 492
 493         ret_pte = hugepte_offset(*hpdp, ea, pdshift);
 494         pdshift = hugepd_shift(*hpdp);
 495 out:
 496         if (hpage_shift)
 497                 *hpage_shift = pdshift;
 498         return ret_pte;
 499 }
 500 EXPORT_SYMBOL_GPL(__find_linux_pte);
 501
 502 /* Note due to the way vm flags are laid out, the bits are XWR */
 503 const pgprot_t protection_map[16] = {
 504         [VM_NONE]                                       = PAGE_NONE,
 505         [VM_READ]                                       = PAGE_READONLY,
 506         [VM_WRITE]                                      = PAGE_COPY,
 507         [VM_WRITE | VM_READ]                            = PAGE_COPY,
 508         [VM_EXEC]                                       = PAGE_EXECONLY_X,
 509         [VM_EXEC | VM_READ]                             = PAGE_READONLY_X,
 510         [VM_EXEC | VM_WRITE]                            = PAGE_COPY_X,
 511         [VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ]                  = PAGE_COPY_X,
 512         [VM_SHARED]                                     = PAGE_NONE,
 513         [VM_SHARED | VM_READ]                           = PAGE_READONLY,
 514         [VM_SHARED | VM_WRITE]                          = PAGE_SHARED,
 515         [VM_SHARED | VM_WRITE | VM_READ]                = PAGE_SHARED,
 516         [VM_SHARED | VM_EXEC]                           = PAGE_EXECONLY_X,
 517         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_READ]                 = PAGE_READONLY_X,
 518         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE]                = PAGE_SHARED_X,
 519         [VM_SHARED | VM_EXEC | VM_WRITE | VM_READ]      = PAGE_SHARED_X
 520 };
 521
 522 #ifndef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 523 DECLARE_VM_GET_PAGE_PROT
 524 #endif