GNU Linux-libre 5.15.137-gnu
[releases.git] / arch / x86 / mm / pat / memtype.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Page Attribute Table (PAT) support: handle memory caching attributes in page tables.
4  *
5  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
6  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
7  *
8  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
9  *
10  * Basic principles:
11  *
12  * PAT is a CPU feature supported by all modern x86 CPUs, to allow the firmware and
13  * the kernel to set one of a handful of 'caching type' attributes for physical
14  * memory ranges: uncached, write-combining, write-through, write-protected,
15  * and the most commonly used and default attribute: write-back caching.
16  *
17  * PAT support supercedes and augments MTRR support in a compatible fashion: MTRR is
18  * a hardware interface to enumerate a limited number of physical memory ranges
19  * and set their caching attributes explicitly, programmed into the CPU via MSRs.
20  * Even modern CPUs have MTRRs enabled - but these are typically not touched
21  * by the kernel or by user-space (such as the X server), we rely on PAT for any
22  * additional cache attribute logic.
23  *
24  * PAT doesn't work via explicit memory ranges, but uses page table entries to add
25  * cache attribute information to the mapped memory range: there's 3 bits used,
26  * (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT), with the 8 possible values mapped by the
27  * CPU to actual cache attributes via an MSR loaded into the CPU (MSR_IA32_CR_PAT).
28  *
29  * ( There's a metric ton of finer details, such as compatibility with CPU quirks
30  *   that only support 4 types of PAT entries, and interaction with MTRRs, see
31  *   below for details. )
32  */
33
34 #include <linux/seq_file.h>
35 #include <linux/memblock.h>
36 #include <linux/debugfs.h>
37 #include <linux/ioport.h>
38 #include <linux/kernel.h>
39 #include <linux/pfn_t.h>
40 #include <linux/slab.h>
41 #include <linux/mm.h>
42 #include <linux/fs.h>
43 #include <linux/rbtree.h>
44
45 #include <asm/cacheflush.h>
46 #include <asm/processor.h>
47 #include <asm/tlbflush.h>
48 #include <asm/x86_init.h>
49 #include <asm/fcntl.h>
50 #include <asm/e820/api.h>
51 #include <asm/mtrr.h>
52 #include <asm/page.h>
53 #include <asm/msr.h>
54 #include <asm/memtype.h>
55 #include <asm/io.h>
56
57 #include "memtype.h"
58 #include "../mm_internal.h"
59
60 #undef pr_fmt
61 #define pr_fmt(fmt) "" fmt
62
63 static bool __read_mostly pat_bp_initialized;
64 static bool __read_mostly pat_disabled = !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAT);
65 static bool __read_mostly pat_bp_enabled;
66 static bool __read_mostly pat_cm_initialized;
67
68 /*
69  * PAT support is enabled by default, but can be disabled for
70  * various user-requested or hardware-forced reasons:
71  */
72 void pat_disable(const char *msg_reason)
73 {
74         if (pat_disabled)
75                 return;
76
77         if (pat_bp_initialized) {
78                 WARN_ONCE(1, "x86/PAT: PAT cannot be disabled after initialization\n");
79                 return;
80         }
81
82         pat_disabled = true;
83         pr_info("x86/PAT: %s\n", msg_reason);
84 }
85
86 static int __init nopat(char *str)
87 {
88         pat_disable("PAT support disabled via boot option.");
89         return 0;
90 }
91 early_param("nopat", nopat);
92
93 bool pat_enabled(void)
94 {
95         return pat_bp_enabled;
96 }
97 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_enabled);
98
99 int pat_debug_enable;
100
101 static int __init pat_debug_setup(char *str)
102 {
103         pat_debug_enable = 1;
104         return 1;
105 }
106 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
107
108 #ifdef CONFIG_X86_PAT
109 /*
110  * X86 PAT uses page flags arch_1 and uncached together to keep track of
111  * memory type of pages that have backing page struct.
112  *
113  * X86 PAT supports 4 different memory types:
114  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WB
115  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WC
116  *  - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
117  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WT
118  *
119  * _PAGE_CACHE_MODE_WB is the default type.
120  */
121
122 #define _PGMT_WB                0
123 #define _PGMT_WC                (1UL << PG_arch_1)
124 #define _PGMT_UC_MINUS          (1UL << PG_uncached)
125 #define _PGMT_WT                (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
126 #define _PGMT_MASK              (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
127 #define _PGMT_CLEAR_MASK        (~_PGMT_MASK)
128
129 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
130 {
131         unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
132
133         if (pg_flags == _PGMT_WB)
134                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
135         else if (pg_flags == _PGMT_WC)
136                 return _PAGE_CACHE_MODE_WC;
137         else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
138                 return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
139         else
140                 return _PAGE_CACHE_MODE_WT;
141 }
142
143 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
144                                     enum page_cache_mode memtype)
145 {
146         unsigned long memtype_flags;
147         unsigned long old_flags;
148         unsigned long new_flags;
149
150         switch (memtype) {
151         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
152                 memtype_flags = _PGMT_WC;
153                 break;
154         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
155                 memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
156                 break;
157         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
158                 memtype_flags = _PGMT_WT;
159                 break;
160         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
161         default:
162                 memtype_flags = _PGMT_WB;
163                 break;
164         }
165
166         do {
167                 old_flags = pg->flags;
168                 new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
169         } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
170 }
171 #else
172 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
173 {
174         return -1;
175 }
176 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
177                                     enum page_cache_mode memtype)
178 {
179 }
180 #endif
181
182 enum {
183         PAT_UC = 0,             /* uncached */
184         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
185         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
186         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
187         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
188         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overridden by MTRR */
189 };
190
191 #define CM(c) (_PAGE_CACHE_MODE_ ## c)
192
193 static enum page_cache_mode pat_get_cache_mode(unsigned pat_val, char *msg)
194 {
195         enum page_cache_mode cache;
196         char *cache_mode;
197
198         switch (pat_val) {
199         case PAT_UC:       cache = CM(UC);       cache_mode = "UC  "; break;
200         case PAT_WC:       cache = CM(WC);       cache_mode = "WC  "; break;
201         case PAT_WT:       cache = CM(WT);       cache_mode = "WT  "; break;
202         case PAT_WP:       cache = CM(WP);       cache_mode = "WP  "; break;
203         case PAT_WB:       cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
204         case PAT_UC_MINUS: cache = CM(UC_MINUS); cache_mode = "UC- "; break;
205         default:           cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
206         }
207
208         memcpy(msg, cache_mode, 4);
209
210         return cache;
211 }
212
213 #undef CM
214
215 /*
216  * Update the cache mode to pgprot translation tables according to PAT
217  * configuration.
218  * Using lower indices is preferred, so we start with highest index.
219  */
220 static void __init_cache_modes(u64 pat)
221 {
222         enum page_cache_mode cache;
223         char pat_msg[33];
224         int i;
225
226         WARN_ON_ONCE(pat_cm_initialized);
227
228         pat_msg[32] = 0;
229         for (i = 7; i >= 0; i--) {
230                 cache = pat_get_cache_mode((pat >> (i * 8)) & 7,
231                                            pat_msg + 4 * i);
232                 update_cache_mode_entry(i, cache);
233         }
234         pr_info("x86/PAT: Configuration [0-7]: %s\n", pat_msg);
235
236         pat_cm_initialized = true;
237 }
238
239 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
240
241 static void pat_bp_init(u64 pat)
242 {
243         u64 tmp_pat;
244
245         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
246                 pat_disable("PAT not supported by the CPU.");
247                 return;
248         }
249
250         rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, tmp_pat);
251         if (!tmp_pat) {
252                 pat_disable("PAT support disabled by the firmware.");
253                 return;
254         }
255
256         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
257         pat_bp_enabled = true;
258
259         __init_cache_modes(pat);
260 }
261
262 static void pat_ap_init(u64 pat)
263 {
264         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
265                 /*
266                  * If this happens we are on a secondary CPU, but switched to
267                  * PAT on the boot CPU. We have no way to undo PAT.
268                  */
269                 panic("x86/PAT: PAT enabled, but not supported by secondary CPU\n");
270         }
271
272         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
273 }
274
275 void init_cache_modes(void)
276 {
277         u64 pat = 0;
278
279         if (pat_cm_initialized)
280                 return;
281
282         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
283                 /*
284                  * CPU supports PAT. Set PAT table to be consistent with
285                  * PAT MSR. This case supports "nopat" boot option, and
286                  * virtual machine environments which support PAT without
287                  * MTRRs. In specific, Xen has unique setup to PAT MSR.
288                  *
289                  * If PAT MSR returns 0, it is considered invalid and emulates
290                  * as No PAT.
291                  */
292                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
293         }
294
295         if (!pat) {
296                 /*
297                  * No PAT. Emulate the PAT table that corresponds to the two
298                  * cache bits, PWT (Write Through) and PCD (Cache Disable).
299                  * This setup is also the same as the BIOS default setup.
300                  *
301                  * PTE encoding:
302                  *
303                  *       PCD
304                  *       |PWT  PAT
305                  *       ||    slot
306                  *       00    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
307                  *       01    1    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
308                  *       10    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
309                  *       11    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
310                  *
311                  * NOTE: When WC or WP is used, it is redirected to UC- per
312                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
313                  */
314                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WT) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
315                       PAT(4, WB) | PAT(5, WT) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
316         }
317
318         __init_cache_modes(pat);
319 }
320
321 /**
322  * pat_init - Initialize the PAT MSR and PAT table on the current CPU
323  *
324  * This function initializes PAT MSR and PAT table with an OS-defined value
325  * to enable additional cache attributes, WC, WT and WP.
326  *
327  * This function must be called on all CPUs using the specific sequence of
328  * operations defined in Intel SDM. mtrr_rendezvous_handler() provides this
329  * procedure for PAT.
330  */
331 void pat_init(void)
332 {
333         u64 pat;
334         struct cpuinfo_x86 *c = &boot_cpu_data;
335
336 #ifndef CONFIG_X86_PAT
337         pr_info_once("x86/PAT: PAT support disabled because CONFIG_X86_PAT is disabled in the kernel.\n");
338 #endif
339
340         if (pat_disabled)
341                 return;
342
343         if ((c->x86_vendor == X86_VENDOR_INTEL) &&
344             (((c->x86 == 0x6) && (c->x86_model <= 0xd)) ||
345              ((c->x86 == 0xf) && (c->x86_model <= 0x6)))) {
346                 /*
347                  * PAT support with the lower four entries. Intel Pentium 2,
348                  * 3, M, and 4 are affected by PAT errata, which makes the
349                  * upper four entries unusable. To be on the safe side, we don't
350                  * use those.
351                  *
352                  *  PTE encoding:
353                  *      PAT
354                  *      |PCD
355                  *      ||PWT  PAT
356                  *      |||    slot
357                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
358                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
359                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
360                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
361                  * PAT bit unused
362                  *
363                  * NOTE: When WT or WP is used, it is redirected to UC- per
364                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
365                  */
366                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
367                       PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
368         } else {
369                 /*
370                  * Full PAT support.  We put WT in slot 7 to improve
371                  * robustness in the presence of errata that might cause
372                  * the high PAT bit to be ignored.  This way, a buggy slot 7
373                  * access will hit slot 3, and slot 3 is UC, so at worst
374                  * we lose performance without causing a correctness issue.
375                  * Pentium 4 erratum N46 is an example for such an erratum,
376                  * although we try not to use PAT at all on affected CPUs.
377                  *
378                  *  PTE encoding:
379                  *      PAT
380                  *      |PCD
381                  *      ||PWT  PAT
382                  *      |||    slot
383                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
384                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
385                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
386                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
387                  *      100    4    WB : Reserved
388                  *      101    5    WP : _PAGE_CACHE_MODE_WP
389                  *      110    6    UC-: Reserved
390                  *      111    7    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
391                  *
392                  * The reserved slots are unused, but mapped to their
393                  * corresponding types in the presence of PAT errata.
394                  */
395                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
396                       PAT(4, WB) | PAT(5, WP) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, WT);
397         }
398
399         if (!pat_bp_initialized) {
400                 pat_bp_init(pat);
401                 pat_bp_initialized = true;
402         } else {
403                 pat_ap_init(pat);
404         }
405 }
406
407 #undef PAT
408
409 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype accesses */
410
411 /*
412  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
413  * the resulting memory type as PAT understands it.
414  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
415  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
416  * SDM vol 3a
417  */
418 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end,
419                                      enum page_cache_mode req_type)
420 {
421         /*
422          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
423          * request is for WB.
424          */
425         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
426                 u8 mtrr_type, uniform;
427
428                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end, &uniform);
429                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
430                         return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
431
432                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
433         }
434
435         return req_type;
436 }
437
438 struct pagerange_state {
439         unsigned long           cur_pfn;
440         int                     ram;
441         int                     not_ram;
442 };
443
444 static int
445 pagerange_is_ram_callback(unsigned long initial_pfn, unsigned long total_nr_pages, void *arg)
446 {
447         struct pagerange_state *state = arg;
448
449         state->not_ram  |= initial_pfn > state->cur_pfn;
450         state->ram      |= total_nr_pages > 0;
451         state->cur_pfn   = initial_pfn + total_nr_pages;
452
453         return state->ram && state->not_ram;
454 }
455
456 static int pat_pagerange_is_ram(resource_size_t start, resource_size_t end)
457 {
458         int ret = 0;
459         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
460         unsigned long end_pfn = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
461         struct pagerange_state state = {start_pfn, 0, 0};
462
463         /*
464          * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
465          * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
466          * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
467          * some of those portions are listed(or not even listed) with
468          * different e820 types(RAM/reserved/..)
469          */
470         if (start_pfn < ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT)
471                 start_pfn = ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT;
472
473         if (start_pfn < end_pfn) {
474                 ret = walk_system_ram_range(start_pfn, end_pfn - start_pfn,
475                                 &state, pagerange_is_ram_callback);
476         }
477
478         return (ret > 0) ? -1 : (state.ram ? 1 : 0);
479 }
480
481 /*
482  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
483  * The page flags are limited to four types, WB (default), WC, WT and UC-.
484  * WP request fails with -EINVAL, and UC gets redirected to UC-.  Setting
485  * a new memory type is only allowed for a page mapped with the default WB
486  * type.
487  *
488  * Here we do two passes:
489  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts.
490  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range.
491  */
492 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end,
493                                   enum page_cache_mode req_type,
494                                   enum page_cache_mode *new_type)
495 {
496         struct page *page;
497         u64 pfn;
498
499         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WP) {
500                 if (new_type)
501                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
502                 return -EINVAL;
503         }
504
505         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_UC) {
506                 /* We do not support strong UC */
507                 WARN_ON_ONCE(1);
508                 req_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
509         }
510
511         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
512                 enum page_cache_mode type;
513
514                 page = pfn_to_page(pfn);
515                 type = get_page_memtype(page);
516                 if (type != _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
517                         pr_info("x86/PAT: reserve_ram_pages_type failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track 0x%x, req 0x%x\n",
518                                 start, end - 1, type, req_type);
519                         if (new_type)
520                                 *new_type = type;
521
522                         return -EBUSY;
523                 }
524         }
525
526         if (new_type)
527                 *new_type = req_type;
528
529         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
530                 page = pfn_to_page(pfn);
531                 set_page_memtype(page, req_type);
532         }
533         return 0;
534 }
535
536 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
537 {
538         struct page *page;
539         u64 pfn;
540
541         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
542                 page = pfn_to_page(pfn);
543                 set_page_memtype(page, _PAGE_CACHE_MODE_WB);
544         }
545         return 0;
546 }
547
548 static u64 sanitize_phys(u64 address)
549 {
550         /*
551          * When changing the memtype for pages containing poison allow
552          * for a "decoy" virtual address (bit 63 clear) passed to
553          * set_memory_X(). __pa() on a "decoy" address results in a
554          * physical address with bit 63 set.
555          *
556          * Decoy addresses are not present for 32-bit builds, see
557          * set_mce_nospec().
558          */
559         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
560                 return address & __PHYSICAL_MASK;
561         return address;
562 }
563
564 /*
565  * req_type typically has one of the:
566  * - _PAGE_CACHE_MODE_WB
567  * - _PAGE_CACHE_MODE_WC
568  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
569  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC
570  * - _PAGE_CACHE_MODE_WT
571  *
572  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
573  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
574  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
575  * it will return a negative return value.
576  */
577 int memtype_reserve(u64 start, u64 end, enum page_cache_mode req_type,
578                     enum page_cache_mode *new_type)
579 {
580         struct memtype *entry_new;
581         enum page_cache_mode actual_type;
582         int is_range_ram;
583         int err = 0;
584
585         start = sanitize_phys(start);
586
587         /*
588          * The end address passed into this function is exclusive, but
589          * sanitize_phys() expects an inclusive address.
590          */
591         end = sanitize_phys(end - 1) + 1;
592         if (start >= end) {
593                 WARN(1, "%s failed: [mem %#010Lx-%#010Lx], req %s\n", __func__,
594                                 start, end - 1, cattr_name(req_type));
595                 return -EINVAL;
596         }
597
598         if (!pat_enabled()) {
599                 /* This is identical to page table setting without PAT */
600                 if (new_type)
601                         *new_type = req_type;
602                 return 0;
603         }
604
605         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
606         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
607                 if (new_type)
608                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
609                 return 0;
610         }
611
612         /*
613          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
614          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
615          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
616          * UC_MINUS otherwise.
617          */
618         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type);
619
620         if (new_type)
621                 *new_type = actual_type;
622
623         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
624         if (is_range_ram == 1) {
625
626                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
627
628                 return err;
629         } else if (is_range_ram < 0) {
630                 return -EINVAL;
631         }
632
633         entry_new = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
634         if (!entry_new)
635                 return -ENOMEM;
636
637         entry_new->start = start;
638         entry_new->end   = end;
639         entry_new->type  = actual_type;
640
641         spin_lock(&memtype_lock);
642
643         err = memtype_check_insert(entry_new, new_type);
644         if (err) {
645                 pr_info("x86/PAT: memtype_reserve failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s\n",
646                         start, end - 1,
647                         cattr_name(entry_new->type), cattr_name(req_type));
648                 kfree(entry_new);
649                 spin_unlock(&memtype_lock);
650
651                 return err;
652         }
653
654         spin_unlock(&memtype_lock);
655
656         dprintk("memtype_reserve added [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s, ret %s\n",
657                 start, end - 1, cattr_name(entry_new->type), cattr_name(req_type),
658                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
659
660         return err;
661 }
662
663 int memtype_free(u64 start, u64 end)
664 {
665         int is_range_ram;
666         struct memtype *entry_old;
667
668         if (!pat_enabled())
669                 return 0;
670
671         start = sanitize_phys(start);
672         end = sanitize_phys(end);
673
674         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
675         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
676                 return 0;
677
678         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
679         if (is_range_ram == 1)
680                 return free_ram_pages_type(start, end);
681         if (is_range_ram < 0)
682                 return -EINVAL;
683
684         spin_lock(&memtype_lock);
685         entry_old = memtype_erase(start, end);
686         spin_unlock(&memtype_lock);
687
688         if (IS_ERR(entry_old)) {
689                 pr_info("x86/PAT: %s:%d freeing invalid memtype [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
690                         current->comm, current->pid, start, end - 1);
691                 return -EINVAL;
692         }
693
694         kfree(entry_old);
695
696         dprintk("memtype_free request [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", start, end - 1);
697
698         return 0;
699 }
700
701
702 /**
703  * lookup_memtype - Looks up the memory type for a physical address
704  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
705  *
706  * Only to be called when PAT is enabled
707  *
708  * Returns _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC, _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
709  * or _PAGE_CACHE_MODE_WT.
710  */
711 static enum page_cache_mode lookup_memtype(u64 paddr)
712 {
713         enum page_cache_mode rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
714         struct memtype *entry;
715
716         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
717                 return rettype;
718
719         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
720                 struct page *page;
721
722                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
723                 return get_page_memtype(page);
724         }
725
726         spin_lock(&memtype_lock);
727
728         entry = memtype_lookup(paddr);
729         if (entry != NULL)
730                 rettype = entry->type;
731         else
732                 rettype = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
733
734         spin_unlock(&memtype_lock);
735
736         return rettype;
737 }
738
739 /**
740  * pat_pfn_immune_to_uc_mtrr - Check whether the PAT memory type
741  * of @pfn cannot be overridden by UC MTRR memory type.
742  *
743  * Only to be called when PAT is enabled.
744  *
745  * Returns true, if the PAT memory type of @pfn is UC, UC-, or WC.
746  * Returns false in other cases.
747  */
748 bool pat_pfn_immune_to_uc_mtrr(unsigned long pfn)
749 {
750         enum page_cache_mode cm = lookup_memtype(PFN_PHYS(pfn));
751
752         return cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC ||
753                cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS ||
754                cm == _PAGE_CACHE_MODE_WC;
755 }
756 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_pfn_immune_to_uc_mtrr);
757
758 /**
759  * memtype_reserve_io - Request a memory type mapping for a region of memory
760  * @start: start (physical address) of the region
761  * @end: end (physical address) of the region
762  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
763  * or any other compatible type that was available for the region is returned
764  *
765  * On success, returns 0
766  * On failure, returns non-zero
767  */
768 int memtype_reserve_io(resource_size_t start, resource_size_t end,
769                         enum page_cache_mode *type)
770 {
771         resource_size_t size = end - start;
772         enum page_cache_mode req_type = *type;
773         enum page_cache_mode new_type;
774         int ret;
775
776         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
777
778         ret = memtype_reserve(start, end, req_type, &new_type);
779         if (ret)
780                 goto out_err;
781
782         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
783                 goto out_free;
784
785         if (memtype_kernel_map_sync(start, size, new_type) < 0)
786                 goto out_free;
787
788         *type = new_type;
789         return 0;
790
791 out_free:
792         memtype_free(start, end);
793         ret = -EBUSY;
794 out_err:
795         return ret;
796 }
797
798 /**
799  * memtype_free_io - Release a memory type mapping for a region of memory
800  * @start: start (physical address) of the region
801  * @end: end (physical address) of the region
802  */
803 void memtype_free_io(resource_size_t start, resource_size_t end)
804 {
805         memtype_free(start, end);
806 }
807
808 #ifdef CONFIG_X86_PAT
809 int arch_io_reserve_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
810 {
811         enum page_cache_mode type = _PAGE_CACHE_MODE_WC;
812
813         return memtype_reserve_io(start, start + size, &type);
814 }
815 EXPORT_SYMBOL(arch_io_reserve_memtype_wc);
816
817 void arch_io_free_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
818 {
819         memtype_free_io(start, start + size);
820 }
821 EXPORT_SYMBOL(arch_io_free_memtype_wc);
822 #endif
823
824 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
825                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
826 {
827         if (!phys_mem_access_encrypted(pfn << PAGE_SHIFT, size))
828                 vma_prot = pgprot_decrypted(vma_prot);
829
830         return vma_prot;
831 }
832
833 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
834 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM */
835 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
836 {
837         return 1;
838 }
839 #else
840 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
841 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
842 {
843         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
844         u64 to = from + size;
845         u64 cursor = from;
846
847         if (!pat_enabled())
848                 return 1;
849
850         while (cursor < to) {
851                 if (!devmem_is_allowed(pfn))
852                         return 0;
853                 cursor += PAGE_SIZE;
854                 pfn++;
855         }
856         return 1;
857 }
858 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
859
860 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
861                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
862 {
863         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
864
865         if (!range_is_allowed(pfn, size))
866                 return 0;
867
868         if (file->f_flags & O_DSYNC)
869                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
870
871         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
872                              cachemode2protval(pcm));
873         return 1;
874 }
875
876 /*
877  * Change the memory type for the physical address range in kernel identity
878  * mapping space if that range is a part of identity map.
879  */
880 int memtype_kernel_map_sync(u64 base, unsigned long size,
881                             enum page_cache_mode pcm)
882 {
883         unsigned long id_sz;
884
885         if (base > __pa(high_memory-1))
886                 return 0;
887
888         /*
889          * Some areas in the middle of the kernel identity range
890          * are not mapped, for example the PCI space.
891          */
892         if (!page_is_ram(base >> PAGE_SHIFT))
893                 return 0;
894
895         id_sz = (__pa(high_memory-1) <= base + size) ?
896                                 __pa(high_memory) - base : size;
897
898         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, pcm) < 0) {
899                 pr_info("x86/PAT: %s:%d ioremap_change_attr failed %s for [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
900                         current->comm, current->pid,
901                         cattr_name(pcm),
902                         base, (unsigned long long)(base + size-1));
903                 return -EINVAL;
904         }
905         return 0;
906 }
907
908 /*
909  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
910  * Reserved non RAM regions only and after successful memtype_reserve,
911  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
912  */
913 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
914                                 int strict_prot)
915 {
916         int is_ram = 0;
917         int ret;
918         enum page_cache_mode want_pcm = pgprot2cachemode(*vma_prot);
919         enum page_cache_mode pcm = want_pcm;
920
921         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
922
923         /*
924          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
925          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
926          * the type requested matches the type of first page in the range.
927          */
928         if (is_ram) {
929                 if (!pat_enabled())
930                         return 0;
931
932                 pcm = lookup_memtype(paddr);
933                 if (want_pcm != pcm) {
934                         pr_warn("x86/PAT: %s:%d map pfn RAM range req %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
935                                 current->comm, current->pid,
936                                 cattr_name(want_pcm),
937                                 (unsigned long long)paddr,
938                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
939                                 cattr_name(pcm));
940                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
941                                              (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
942                                              cachemode2protval(pcm));
943                 }
944                 return 0;
945         }
946
947         ret = memtype_reserve(paddr, paddr + size, want_pcm, &pcm);
948         if (ret)
949                 return ret;
950
951         if (pcm != want_pcm) {
952                 if (strict_prot ||
953                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_pcm, pcm)) {
954                         memtype_free(paddr, paddr + size);
955                         pr_err("x86/PAT: %s:%d map pfn expected mapping type %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
956                                current->comm, current->pid,
957                                cattr_name(want_pcm),
958                                (unsigned long long)paddr,
959                                (unsigned long long)(paddr + size - 1),
960                                cattr_name(pcm));
961                         return -EINVAL;
962                 }
963                 /*
964                  * We allow returning different type than the one requested in
965                  * non strict case.
966                  */
967                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
968                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
969                                      cachemode2protval(pcm));
970         }
971
972         if (memtype_kernel_map_sync(paddr, size, pcm) < 0) {
973                 memtype_free(paddr, paddr + size);
974                 return -EINVAL;
975         }
976         return 0;
977 }
978
979 /*
980  * Internal interface to free a range of physical memory.
981  * Frees non RAM regions only.
982  */
983 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
984 {
985         int is_ram;
986
987         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
988         if (is_ram == 0)
989                 memtype_free(paddr, paddr + size);
990 }
991
992 /*
993  * track_pfn_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
994  * copied through copy_page_range().
995  *
996  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
997  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
998  */
999 int track_pfn_copy(struct vm_area_struct *vma)
1000 {
1001         resource_size_t paddr;
1002         unsigned long prot;
1003         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
1004         pgprot_t pgprot;
1005
1006         if (vma->vm_flags & VM_PAT) {
1007                 /*
1008                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
1009                  * starting address and protection from pte.
1010                  */
1011                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
1012                         WARN_ON_ONCE(1);
1013                         return -EINVAL;
1014                 }
1015                 pgprot = __pgprot(prot);
1016                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
1017         }
1018
1019         return 0;
1020 }
1021
1022 /*
1023  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has
1024  * a linear pfn mapping for the entire range, or no vma is provided,
1025  * reserve the entire pfn + size range with single reserve_pfn_range
1026  * call.
1027  */
1028 int track_pfn_remap(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
1029                     unsigned long pfn, unsigned long addr, unsigned long size)
1030 {
1031         resource_size_t paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
1032         enum page_cache_mode pcm;
1033
1034         /* reserve the whole chunk starting from paddr */
1035         if (!vma || (addr == vma->vm_start
1036                                 && size == (vma->vm_end - vma->vm_start))) {
1037                 int ret;
1038
1039                 ret = reserve_pfn_range(paddr, size, prot, 0);
1040                 if (ret == 0 && vma)
1041                         vma->vm_flags |= VM_PAT;
1042                 return ret;
1043         }
1044
1045         if (!pat_enabled())
1046                 return 0;
1047
1048         /*
1049          * For anything smaller than the vma size we set prot based on the
1050          * lookup.
1051          */
1052         pcm = lookup_memtype(paddr);
1053
1054         /* Check memtype for the remaining pages */
1055         while (size > PAGE_SIZE) {
1056                 size -= PAGE_SIZE;
1057                 paddr += PAGE_SIZE;
1058                 if (pcm != lookup_memtype(paddr))
1059                         return -EINVAL;
1060         }
1061
1062         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1063                          cachemode2protval(pcm));
1064
1065         return 0;
1066 }
1067
1068 void track_pfn_insert(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot, pfn_t pfn)
1069 {
1070         enum page_cache_mode pcm;
1071
1072         if (!pat_enabled())
1073                 return;
1074
1075         /* Set prot based on lookup */
1076         pcm = lookup_memtype(pfn_t_to_phys(pfn));
1077         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1078                          cachemode2protval(pcm));
1079 }
1080
1081 /*
1082  * untrack_pfn is called while unmapping a pfnmap for a region.
1083  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
1084  * can be for the entire vma (in which case pfn, size are zero).
1085  */
1086 void untrack_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
1087                  unsigned long size)
1088 {
1089         resource_size_t paddr;
1090         unsigned long prot;
1091
1092         if (vma && !(vma->vm_flags & VM_PAT))
1093                 return;
1094
1095         /* free the chunk starting from pfn or the whole chunk */
1096         paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
1097         if (!paddr && !size) {
1098                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
1099                         WARN_ON_ONCE(1);
1100                         return;
1101                 }
1102
1103                 size = vma->vm_end - vma->vm_start;
1104         }
1105         free_pfn_range(paddr, size);
1106         if (vma)
1107                 vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1108 }
1109
1110 /*
1111  * untrack_pfn_moved is called, while mremapping a pfnmap for a new region,
1112  * with the old vma after its pfnmap page table has been removed.  The new
1113  * vma has a new pfnmap to the same pfn & cache type with VM_PAT set.
1114  */
1115 void untrack_pfn_moved(struct vm_area_struct *vma)
1116 {
1117         vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1118 }
1119
1120 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
1121 {
1122         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1123                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
1124 }
1125 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
1126
1127 pgprot_t pgprot_writethrough(pgprot_t prot)
1128 {
1129         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1130                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WT));
1131 }
1132 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writethrough);
1133
1134 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
1135
1136 /*
1137  * We are allocating a temporary printout-entry to be passed
1138  * between seq_start()/next() and seq_show():
1139  */
1140 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
1141 {
1142         struct memtype *entry_print;
1143         int ret;
1144
1145         entry_print  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
1146         if (!entry_print)
1147                 return NULL;
1148
1149         spin_lock(&memtype_lock);
1150         ret = memtype_copy_nth_element(entry_print, pos);
1151         spin_unlock(&memtype_lock);
1152
1153         /* Free it on error: */
1154         if (ret) {
1155                 kfree(entry_print);
1156                 return NULL;
1157         }
1158
1159         return entry_print;
1160 }
1161
1162 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
1163 {
1164         if (*pos == 0) {
1165                 ++*pos;
1166                 seq_puts(seq, "PAT memtype list:\n");
1167         }
1168
1169         return memtype_get_idx(*pos);
1170 }
1171
1172 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
1173 {
1174         kfree(v);
1175         ++*pos;
1176         return memtype_get_idx(*pos);
1177 }
1178
1179 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
1180 {
1181         kfree(v);
1182 }
1183
1184 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
1185 {
1186         struct memtype *entry_print = (struct memtype *)v;
1187
1188         seq_printf(seq, "PAT: [mem 0x%016Lx-0x%016Lx] %s\n",
1189                         entry_print->start,
1190                         entry_print->end,
1191                         cattr_name(entry_print->type));
1192
1193         return 0;
1194 }
1195
1196 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
1197         .start = memtype_seq_start,
1198         .next  = memtype_seq_next,
1199         .stop  = memtype_seq_stop,
1200         .show  = memtype_seq_show,
1201 };
1202
1203 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
1204 {
1205         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
1206 }
1207
1208 static const struct file_operations memtype_fops = {
1209         .open    = memtype_seq_open,
1210         .read    = seq_read,
1211         .llseek  = seq_lseek,
1212         .release = seq_release,
1213 };
1214
1215 static int __init pat_memtype_list_init(void)
1216 {
1217         if (pat_enabled()) {
1218                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
1219                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
1220         }
1221         return 0;
1222 }
1223 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1224
1225 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */