Mention branches and keyring.
[releases.git] / 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 __initdata pat_force_disabled = !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAT);
66 static bool __read_mostly pat_bp_enabled;
67 static bool __read_mostly pat_cm_initialized;
68
69 /*
70  * PAT support is enabled by default, but can be disabled for
71  * various user-requested or hardware-forced reasons:
72  */
73 void pat_disable(const char *msg_reason)
74 {
75         if (pat_disabled)
76                 return;
77
78         if (pat_bp_initialized) {
79                 WARN_ONCE(1, "x86/PAT: PAT cannot be disabled after initialization\n");
80                 return;
81         }
82
83         pat_disabled = true;
84         pr_info("x86/PAT: %s\n", msg_reason);
85 }
86
87 static int __init nopat(char *str)
88 {
89         pat_disable("PAT support disabled via boot option.");
90         pat_force_disabled = true;
91         return 0;
92 }
93 early_param("nopat", nopat);
94
95 bool pat_enabled(void)
96 {
97         return pat_bp_enabled;
98 }
99 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_enabled);
100
101 int pat_debug_enable;
102
103 static int __init pat_debug_setup(char *str)
104 {
105         pat_debug_enable = 1;
106         return 1;
107 }
108 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
109
110 #ifdef CONFIG_X86_PAT
111 /*
112  * X86 PAT uses page flags arch_1 and uncached together to keep track of
113  * memory type of pages that have backing page struct.
114  *
115  * X86 PAT supports 4 different memory types:
116  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WB
117  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WC
118  *  - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
119  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WT
120  *
121  * _PAGE_CACHE_MODE_WB is the default type.
122  */
123
124 #define _PGMT_WB                0
125 #define _PGMT_WC                (1UL << PG_arch_1)
126 #define _PGMT_UC_MINUS          (1UL << PG_uncached)
127 #define _PGMT_WT                (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
128 #define _PGMT_MASK              (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
129 #define _PGMT_CLEAR_MASK        (~_PGMT_MASK)
130
131 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
132 {
133         unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
134
135         if (pg_flags == _PGMT_WB)
136                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
137         else if (pg_flags == _PGMT_WC)
138                 return _PAGE_CACHE_MODE_WC;
139         else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
140                 return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
141         else
142                 return _PAGE_CACHE_MODE_WT;
143 }
144
145 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
146                                     enum page_cache_mode memtype)
147 {
148         unsigned long memtype_flags;
149         unsigned long old_flags;
150         unsigned long new_flags;
151
152         switch (memtype) {
153         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
154                 memtype_flags = _PGMT_WC;
155                 break;
156         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
157                 memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
158                 break;
159         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
160                 memtype_flags = _PGMT_WT;
161                 break;
162         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
163         default:
164                 memtype_flags = _PGMT_WB;
165                 break;
166         }
167
168         do {
169                 old_flags = pg->flags;
170                 new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
171         } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
172 }
173 #else
174 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
175 {
176         return -1;
177 }
178 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
179                                     enum page_cache_mode memtype)
180 {
181 }
182 #endif
183
184 enum {
185         PAT_UC = 0,             /* uncached */
186         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
187         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
188         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
189         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
190         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overridden by MTRR */
191 };
192
193 #define CM(c) (_PAGE_CACHE_MODE_ ## c)
194
195 static enum page_cache_mode pat_get_cache_mode(unsigned pat_val, char *msg)
196 {
197         enum page_cache_mode cache;
198         char *cache_mode;
199
200         switch (pat_val) {
201         case PAT_UC:       cache = CM(UC);       cache_mode = "UC  "; break;
202         case PAT_WC:       cache = CM(WC);       cache_mode = "WC  "; break;
203         case PAT_WT:       cache = CM(WT);       cache_mode = "WT  "; break;
204         case PAT_WP:       cache = CM(WP);       cache_mode = "WP  "; break;
205         case PAT_WB:       cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
206         case PAT_UC_MINUS: cache = CM(UC_MINUS); cache_mode = "UC- "; break;
207         default:           cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
208         }
209
210         memcpy(msg, cache_mode, 4);
211
212         return cache;
213 }
214
215 #undef CM
216
217 /*
218  * Update the cache mode to pgprot translation tables according to PAT
219  * configuration.
220  * Using lower indices is preferred, so we start with highest index.
221  */
222 static void __init_cache_modes(u64 pat)
223 {
224         enum page_cache_mode cache;
225         char pat_msg[33];
226         int i;
227
228         WARN_ON_ONCE(pat_cm_initialized);
229
230         pat_msg[32] = 0;
231         for (i = 7; i >= 0; i--) {
232                 cache = pat_get_cache_mode((pat >> (i * 8)) & 7,
233                                            pat_msg + 4 * i);
234                 update_cache_mode_entry(i, cache);
235         }
236         pr_info("x86/PAT: Configuration [0-7]: %s\n", pat_msg);
237
238         pat_cm_initialized = true;
239 }
240
241 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
242
243 static void pat_bp_init(u64 pat)
244 {
245         u64 tmp_pat;
246
247         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
248                 pat_disable("PAT not supported by the CPU.");
249                 return;
250         }
251
252         rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, tmp_pat);
253         if (!tmp_pat) {
254                 pat_disable("PAT support disabled by the firmware.");
255                 return;
256         }
257
258         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
259         pat_bp_enabled = true;
260
261         __init_cache_modes(pat);
262 }
263
264 static void pat_ap_init(u64 pat)
265 {
266         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
267                 /*
268                  * If this happens we are on a secondary CPU, but switched to
269                  * PAT on the boot CPU. We have no way to undo PAT.
270                  */
271                 panic("x86/PAT: PAT enabled, but not supported by secondary CPU\n");
272         }
273
274         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
275 }
276
277 void __init init_cache_modes(void)
278 {
279         u64 pat = 0;
280
281         if (pat_cm_initialized)
282                 return;
283
284         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
285                 /*
286                  * CPU supports PAT. Set PAT table to be consistent with
287                  * PAT MSR. This case supports "nopat" boot option, and
288                  * virtual machine environments which support PAT without
289                  * MTRRs. In specific, Xen has unique setup to PAT MSR.
290                  *
291                  * If PAT MSR returns 0, it is considered invalid and emulates
292                  * as No PAT.
293                  */
294                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
295         }
296
297         if (!pat) {
298                 /*
299                  * No PAT. Emulate the PAT table that corresponds to the two
300                  * cache bits, PWT (Write Through) and PCD (Cache Disable).
301                  * This setup is also the same as the BIOS default setup.
302                  *
303                  * PTE encoding:
304                  *
305                  *       PCD
306                  *       |PWT  PAT
307                  *       ||    slot
308                  *       00    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
309                  *       01    1    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
310                  *       10    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
311                  *       11    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
312                  *
313                  * NOTE: When WC or WP is used, it is redirected to UC- per
314                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
315                  */
316                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WT) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
317                       PAT(4, WB) | PAT(5, WT) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
318         } else if (!pat_force_disabled && cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_HYPERVISOR)) {
319                 /*
320                  * Clearly PAT is enabled underneath. Allow pat_enabled() to
321                  * reflect this.
322                  */
323                 pat_bp_enabled = true;
324         }
325
326         __init_cache_modes(pat);
327 }
328
329 /**
330  * pat_init - Initialize the PAT MSR and PAT table on the current CPU
331  *
332  * This function initializes PAT MSR and PAT table with an OS-defined value
333  * to enable additional cache attributes, WC, WT and WP.
334  *
335  * This function must be called on all CPUs using the specific sequence of
336  * operations defined in Intel SDM. mtrr_rendezvous_handler() provides this
337  * procedure for PAT.
338  */
339 void pat_init(void)
340 {
341         u64 pat;
342         struct cpuinfo_x86 *c = &boot_cpu_data;
343
344 #ifndef CONFIG_X86_PAT
345         pr_info_once("x86/PAT: PAT support disabled because CONFIG_X86_PAT is disabled in the kernel.\n");
346 #endif
347
348         if (pat_disabled)
349                 return;
350
351         if ((c->x86_vendor == X86_VENDOR_INTEL) &&
352             (((c->x86 == 0x6) && (c->x86_model <= 0xd)) ||
353              ((c->x86 == 0xf) && (c->x86_model <= 0x6)))) {
354                 /*
355                  * PAT support with the lower four entries. Intel Pentium 2,
356                  * 3, M, and 4 are affected by PAT errata, which makes the
357                  * upper four entries unusable. To be on the safe side, we don't
358                  * use those.
359                  *
360                  *  PTE encoding:
361                  *      PAT
362                  *      |PCD
363                  *      ||PWT  PAT
364                  *      |||    slot
365                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
366                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
367                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
368                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
369                  * PAT bit unused
370                  *
371                  * NOTE: When WT or WP is used, it is redirected to UC- per
372                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
373                  */
374                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
375                       PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
376         } else {
377                 /*
378                  * Full PAT support.  We put WT in slot 7 to improve
379                  * robustness in the presence of errata that might cause
380                  * the high PAT bit to be ignored.  This way, a buggy slot 7
381                  * access will hit slot 3, and slot 3 is UC, so at worst
382                  * we lose performance without causing a correctness issue.
383                  * Pentium 4 erratum N46 is an example for such an erratum,
384                  * although we try not to use PAT at all on affected CPUs.
385                  *
386                  *  PTE encoding:
387                  *      PAT
388                  *      |PCD
389                  *      ||PWT  PAT
390                  *      |||    slot
391                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
392                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
393                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
394                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
395                  *      100    4    WB : Reserved
396                  *      101    5    WP : _PAGE_CACHE_MODE_WP
397                  *      110    6    UC-: Reserved
398                  *      111    7    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
399                  *
400                  * The reserved slots are unused, but mapped to their
401                  * corresponding types in the presence of PAT errata.
402                  */
403                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
404                       PAT(4, WB) | PAT(5, WP) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, WT);
405         }
406
407         if (!pat_bp_initialized) {
408                 pat_bp_init(pat);
409                 pat_bp_initialized = true;
410         } else {
411                 pat_ap_init(pat);
412         }
413 }
414
415 #undef PAT
416
417 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype accesses */
418
419 /*
420  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
421  * the resulting memory type as PAT understands it.
422  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
423  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
424  * SDM vol 3a
425  */
426 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end,
427                                      enum page_cache_mode req_type)
428 {
429         /*
430          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
431          * request is for WB.
432          */
433         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
434                 u8 mtrr_type, uniform;
435
436                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end, &uniform);
437                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
438                         return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
439
440                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
441         }
442
443         return req_type;
444 }
445
446 struct pagerange_state {
447         unsigned long           cur_pfn;
448         int                     ram;
449         int                     not_ram;
450 };
451
452 static int
453 pagerange_is_ram_callback(unsigned long initial_pfn, unsigned long total_nr_pages, void *arg)
454 {
455         struct pagerange_state *state = arg;
456
457         state->not_ram  |= initial_pfn > state->cur_pfn;
458         state->ram      |= total_nr_pages > 0;
459         state->cur_pfn   = initial_pfn + total_nr_pages;
460
461         return state->ram && state->not_ram;
462 }
463
464 static int pat_pagerange_is_ram(resource_size_t start, resource_size_t end)
465 {
466         int ret = 0;
467         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
468         unsigned long end_pfn = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
469         struct pagerange_state state = {start_pfn, 0, 0};
470
471         /*
472          * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
473          * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
474          * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
475          * some of those portions are listed(or not even listed) with
476          * different e820 types(RAM/reserved/..)
477          */
478         if (start_pfn < ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT)
479                 start_pfn = ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT;
480
481         if (start_pfn < end_pfn) {
482                 ret = walk_system_ram_range(start_pfn, end_pfn - start_pfn,
483                                 &state, pagerange_is_ram_callback);
484         }
485
486         return (ret > 0) ? -1 : (state.ram ? 1 : 0);
487 }
488
489 /*
490  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
491  * The page flags are limited to four types, WB (default), WC, WT and UC-.
492  * WP request fails with -EINVAL, and UC gets redirected to UC-.  Setting
493  * a new memory type is only allowed for a page mapped with the default WB
494  * type.
495  *
496  * Here we do two passes:
497  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts.
498  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range.
499  */
500 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end,
501                                   enum page_cache_mode req_type,
502                                   enum page_cache_mode *new_type)
503 {
504         struct page *page;
505         u64 pfn;
506
507         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WP) {
508                 if (new_type)
509                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
510                 return -EINVAL;
511         }
512
513         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_UC) {
514                 /* We do not support strong UC */
515                 WARN_ON_ONCE(1);
516                 req_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
517         }
518
519         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
520                 enum page_cache_mode type;
521
522                 page = pfn_to_page(pfn);
523                 type = get_page_memtype(page);
524                 if (type != _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
525                         pr_info("x86/PAT: reserve_ram_pages_type failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track 0x%x, req 0x%x\n",
526                                 start, end - 1, type, req_type);
527                         if (new_type)
528                                 *new_type = type;
529
530                         return -EBUSY;
531                 }
532         }
533
534         if (new_type)
535                 *new_type = req_type;
536
537         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
538                 page = pfn_to_page(pfn);
539                 set_page_memtype(page, req_type);
540         }
541         return 0;
542 }
543
544 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
545 {
546         struct page *page;
547         u64 pfn;
548
549         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
550                 page = pfn_to_page(pfn);
551                 set_page_memtype(page, _PAGE_CACHE_MODE_WB);
552         }
553         return 0;
554 }
555
556 static u64 sanitize_phys(u64 address)
557 {
558         /*
559          * When changing the memtype for pages containing poison allow
560          * for a "decoy" virtual address (bit 63 clear) passed to
561          * set_memory_X(). __pa() on a "decoy" address results in a
562          * physical address with bit 63 set.
563          *
564          * Decoy addresses are not present for 32-bit builds, see
565          * set_mce_nospec().
566          */
567         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
568                 return address & __PHYSICAL_MASK;
569         return address;
570 }
571
572 /*
573  * req_type typically has one of the:
574  * - _PAGE_CACHE_MODE_WB
575  * - _PAGE_CACHE_MODE_WC
576  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
577  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC
578  * - _PAGE_CACHE_MODE_WT
579  *
580  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
581  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
582  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
583  * it will return a negative return value.
584  */
585 int memtype_reserve(u64 start, u64 end, enum page_cache_mode req_type,
586                     enum page_cache_mode *new_type)
587 {
588         struct memtype *entry_new;
589         enum page_cache_mode actual_type;
590         int is_range_ram;
591         int err = 0;
592
593         start = sanitize_phys(start);
594
595         /*
596          * The end address passed into this function is exclusive, but
597          * sanitize_phys() expects an inclusive address.
598          */
599         end = sanitize_phys(end - 1) + 1;
600         if (start >= end) {
601                 WARN(1, "%s failed: [mem %#010Lx-%#010Lx], req %s\n", __func__,
602                                 start, end - 1, cattr_name(req_type));
603                 return -EINVAL;
604         }
605
606         if (!pat_enabled()) {
607                 /* This is identical to page table setting without PAT */
608                 if (new_type)
609                         *new_type = req_type;
610                 return 0;
611         }
612
613         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
614         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
615                 if (new_type)
616                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
617                 return 0;
618         }
619
620         /*
621          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
622          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
623          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
624          * UC_MINUS otherwise.
625          */
626         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type);
627
628         if (new_type)
629                 *new_type = actual_type;
630
631         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
632         if (is_range_ram == 1) {
633
634                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
635
636                 return err;
637         } else if (is_range_ram < 0) {
638                 return -EINVAL;
639         }
640
641         entry_new = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
642         if (!entry_new)
643                 return -ENOMEM;
644
645         entry_new->start = start;
646         entry_new->end   = end;
647         entry_new->type  = actual_type;
648
649         spin_lock(&memtype_lock);
650
651         err = memtype_check_insert(entry_new, new_type);
652         if (err) {
653                 pr_info("x86/PAT: memtype_reserve failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s\n",
654                         start, end - 1,
655                         cattr_name(entry_new->type), cattr_name(req_type));
656                 kfree(entry_new);
657                 spin_unlock(&memtype_lock);
658
659                 return err;
660         }
661
662         spin_unlock(&memtype_lock);
663
664         dprintk("memtype_reserve added [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s, ret %s\n",
665                 start, end - 1, cattr_name(entry_new->type), cattr_name(req_type),
666                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
667
668         return err;
669 }
670
671 int memtype_free(u64 start, u64 end)
672 {
673         int is_range_ram;
674         struct memtype *entry_old;
675
676         if (!pat_enabled())
677                 return 0;
678
679         start = sanitize_phys(start);
680         end = sanitize_phys(end);
681
682         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
683         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
684                 return 0;
685
686         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
687         if (is_range_ram == 1)
688                 return free_ram_pages_type(start, end);
689         if (is_range_ram < 0)
690                 return -EINVAL;
691
692         spin_lock(&memtype_lock);
693         entry_old = memtype_erase(start, end);
694         spin_unlock(&memtype_lock);
695
696         if (IS_ERR(entry_old)) {
697                 pr_info("x86/PAT: %s:%d freeing invalid memtype [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
698                         current->comm, current->pid, start, end - 1);
699                 return -EINVAL;
700         }
701
702         kfree(entry_old);
703
704         dprintk("memtype_free request [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", start, end - 1);
705
706         return 0;
707 }
708
709
710 /**
711  * lookup_memtype - Looks up the memory type for a physical address
712  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
713  *
714  * Only to be called when PAT is enabled
715  *
716  * Returns _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC, _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
717  * or _PAGE_CACHE_MODE_WT.
718  */
719 static enum page_cache_mode lookup_memtype(u64 paddr)
720 {
721         enum page_cache_mode rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
722         struct memtype *entry;
723
724         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
725                 return rettype;
726
727         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
728                 struct page *page;
729
730                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
731                 return get_page_memtype(page);
732         }
733
734         spin_lock(&memtype_lock);
735
736         entry = memtype_lookup(paddr);
737         if (entry != NULL)
738                 rettype = entry->type;
739         else
740                 rettype = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
741
742         spin_unlock(&memtype_lock);
743
744         return rettype;
745 }
746
747 /**
748  * pat_pfn_immune_to_uc_mtrr - Check whether the PAT memory type
749  * of @pfn cannot be overridden by UC MTRR memory type.
750  *
751  * Only to be called when PAT is enabled.
752  *
753  * Returns true, if the PAT memory type of @pfn is UC, UC-, or WC.
754  * Returns false in other cases.
755  */
756 bool pat_pfn_immune_to_uc_mtrr(unsigned long pfn)
757 {
758         enum page_cache_mode cm = lookup_memtype(PFN_PHYS(pfn));
759
760         return cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC ||
761                cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS ||
762                cm == _PAGE_CACHE_MODE_WC;
763 }
764 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_pfn_immune_to_uc_mtrr);
765
766 /**
767  * memtype_reserve_io - Request a memory type mapping for a region of memory
768  * @start: start (physical address) of the region
769  * @end: end (physical address) of the region
770  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
771  * or any other compatible type that was available for the region is returned
772  *
773  * On success, returns 0
774  * On failure, returns non-zero
775  */
776 int memtype_reserve_io(resource_size_t start, resource_size_t end,
777                         enum page_cache_mode *type)
778 {
779         resource_size_t size = end - start;
780         enum page_cache_mode req_type = *type;
781         enum page_cache_mode new_type;
782         int ret;
783
784         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
785
786         ret = memtype_reserve(start, end, req_type, &new_type);
787         if (ret)
788                 goto out_err;
789
790         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
791                 goto out_free;
792
793         if (memtype_kernel_map_sync(start, size, new_type) < 0)
794                 goto out_free;
795
796         *type = new_type;
797         return 0;
798
799 out_free:
800         memtype_free(start, end);
801         ret = -EBUSY;
802 out_err:
803         return ret;
804 }
805
806 /**
807  * memtype_free_io - Release a memory type mapping for a region of memory
808  * @start: start (physical address) of the region
809  * @end: end (physical address) of the region
810  */
811 void memtype_free_io(resource_size_t start, resource_size_t end)
812 {
813         memtype_free(start, end);
814 }
815
816 #ifdef CONFIG_X86_PAT
817 int arch_io_reserve_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
818 {
819         enum page_cache_mode type = _PAGE_CACHE_MODE_WC;
820
821         return memtype_reserve_io(start, start + size, &type);
822 }
823 EXPORT_SYMBOL(arch_io_reserve_memtype_wc);
824
825 void arch_io_free_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
826 {
827         memtype_free_io(start, start + size);
828 }
829 EXPORT_SYMBOL(arch_io_free_memtype_wc);
830 #endif
831
832 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
833                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
834 {
835         if (!phys_mem_access_encrypted(pfn << PAGE_SHIFT, size))
836                 vma_prot = pgprot_decrypted(vma_prot);
837
838         return vma_prot;
839 }
840
841 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
842 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM */
843 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
844 {
845         return 1;
846 }
847 #else
848 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
849 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
850 {
851         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
852         u64 to = from + size;
853         u64 cursor = from;
854
855         if (!pat_enabled())
856                 return 1;
857
858         while (cursor < to) {
859                 if (!devmem_is_allowed(pfn))
860                         return 0;
861                 cursor += PAGE_SIZE;
862                 pfn++;
863         }
864         return 1;
865 }
866 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
867
868 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
869                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
870 {
871         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
872
873         if (!range_is_allowed(pfn, size))
874                 return 0;
875
876         if (file->f_flags & O_DSYNC)
877                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
878
879         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
880                              cachemode2protval(pcm));
881         return 1;
882 }
883
884 /*
885  * Change the memory type for the physical address range in kernel identity
886  * mapping space if that range is a part of identity map.
887  */
888 int memtype_kernel_map_sync(u64 base, unsigned long size,
889                             enum page_cache_mode pcm)
890 {
891         unsigned long id_sz;
892
893         if (base > __pa(high_memory-1))
894                 return 0;
895
896         /*
897          * Some areas in the middle of the kernel identity range
898          * are not mapped, for example the PCI space.
899          */
900         if (!page_is_ram(base >> PAGE_SHIFT))
901                 return 0;
902
903         id_sz = (__pa(high_memory-1) <= base + size) ?
904                                 __pa(high_memory) - base : size;
905
906         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, pcm) < 0) {
907                 pr_info("x86/PAT: %s:%d ioremap_change_attr failed %s for [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
908                         current->comm, current->pid,
909                         cattr_name(pcm),
910                         base, (unsigned long long)(base + size-1));
911                 return -EINVAL;
912         }
913         return 0;
914 }
915
916 /*
917  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
918  * Reserved non RAM regions only and after successful memtype_reserve,
919  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
920  */
921 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
922                                 int strict_prot)
923 {
924         int is_ram = 0;
925         int ret;
926         enum page_cache_mode want_pcm = pgprot2cachemode(*vma_prot);
927         enum page_cache_mode pcm = want_pcm;
928
929         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
930
931         /*
932          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
933          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
934          * the type requested matches the type of first page in the range.
935          */
936         if (is_ram) {
937                 if (!pat_enabled())
938                         return 0;
939
940                 pcm = lookup_memtype(paddr);
941                 if (want_pcm != pcm) {
942                         pr_warn("x86/PAT: %s:%d map pfn RAM range req %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
943                                 current->comm, current->pid,
944                                 cattr_name(want_pcm),
945                                 (unsigned long long)paddr,
946                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
947                                 cattr_name(pcm));
948                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
949                                              (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
950                                              cachemode2protval(pcm));
951                 }
952                 return 0;
953         }
954
955         ret = memtype_reserve(paddr, paddr + size, want_pcm, &pcm);
956         if (ret)
957                 return ret;
958
959         if (pcm != want_pcm) {
960                 if (strict_prot ||
961                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_pcm, pcm)) {
962                         memtype_free(paddr, paddr + size);
963                         pr_err("x86/PAT: %s:%d map pfn expected mapping type %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
964                                current->comm, current->pid,
965                                cattr_name(want_pcm),
966                                (unsigned long long)paddr,
967                                (unsigned long long)(paddr + size - 1),
968                                cattr_name(pcm));
969                         return -EINVAL;
970                 }
971                 /*
972                  * We allow returning different type than the one requested in
973                  * non strict case.
974                  */
975                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
976                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
977                                      cachemode2protval(pcm));
978         }
979
980         if (memtype_kernel_map_sync(paddr, size, pcm) < 0) {
981                 memtype_free(paddr, paddr + size);
982                 return -EINVAL;
983         }
984         return 0;
985 }
986
987 /*
988  * Internal interface to free a range of physical memory.
989  * Frees non RAM regions only.
990  */
991 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
992 {
993         int is_ram;
994
995         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
996         if (is_ram == 0)
997                 memtype_free(paddr, paddr + size);
998 }
999
1000 static int get_pat_info(struct vm_area_struct *vma, resource_size_t *paddr,
1001                 pgprot_t *pgprot)
1002 {
1003         unsigned long prot;
1004
1005         VM_WARN_ON_ONCE(!(vma->vm_flags & VM_PAT));
1006
1007         /*
1008          * We need the starting PFN and cachemode used for track_pfn_remap()
1009          * that covered the whole VMA. For most mappings, we can obtain that
1010          * information from the page tables. For COW mappings, we might now
1011          * suddenly have anon folios mapped and follow_phys() will fail.
1012          *
1013          * Fallback to using vma->vm_pgoff, see remap_pfn_range_notrack(), to
1014          * detect the PFN. If we need the cachemode as well, we're out of luck
1015          * for now and have to fail fork().
1016          */
1017         if (!follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, paddr)) {
1018                 if (pgprot)
1019                         *pgprot = __pgprot(prot);
1020                 return 0;
1021         }
1022         if (is_cow_mapping(vma->vm_flags)) {
1023                 if (pgprot)
1024                         return -EINVAL;
1025                 *paddr = (resource_size_t)vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;
1026                 return 0;
1027         }
1028         WARN_ON_ONCE(1);
1029         return -EINVAL;
1030 }
1031
1032 /*
1033  * track_pfn_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
1034  * copied through copy_page_range().
1035  *
1036  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
1037  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
1038  */
1039 int track_pfn_copy(struct vm_area_struct *vma)
1040 {
1041         resource_size_t paddr;
1042         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
1043         pgprot_t pgprot;
1044
1045         if (vma->vm_flags & VM_PAT) {
1046                 if (get_pat_info(vma, &paddr, &pgprot))
1047                         return -EINVAL;
1048                 /* reserve the whole chunk covered by vma. */
1049                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
1050         }
1051
1052         return 0;
1053 }
1054
1055 /*
1056  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has
1057  * a linear pfn mapping for the entire range, or no vma is provided,
1058  * reserve the entire pfn + size range with single reserve_pfn_range
1059  * call.
1060  */
1061 int track_pfn_remap(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
1062                     unsigned long pfn, unsigned long addr, unsigned long size)
1063 {
1064         resource_size_t paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
1065         enum page_cache_mode pcm;
1066
1067         /* reserve the whole chunk starting from paddr */
1068         if (!vma || (addr == vma->vm_start
1069                                 && size == (vma->vm_end - vma->vm_start))) {
1070                 int ret;
1071
1072                 ret = reserve_pfn_range(paddr, size, prot, 0);
1073                 if (ret == 0 && vma)
1074                         vma->vm_flags |= VM_PAT;
1075                 return ret;
1076         }
1077
1078         if (!pat_enabled())
1079                 return 0;
1080
1081         /*
1082          * For anything smaller than the vma size we set prot based on the
1083          * lookup.
1084          */
1085         pcm = lookup_memtype(paddr);
1086
1087         /* Check memtype for the remaining pages */
1088         while (size > PAGE_SIZE) {
1089                 size -= PAGE_SIZE;
1090                 paddr += PAGE_SIZE;
1091                 if (pcm != lookup_memtype(paddr))
1092                         return -EINVAL;
1093         }
1094
1095         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1096                          cachemode2protval(pcm));
1097
1098         return 0;
1099 }
1100
1101 void track_pfn_insert(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot, pfn_t pfn)
1102 {
1103         enum page_cache_mode pcm;
1104
1105         if (!pat_enabled())
1106                 return;
1107
1108         /* Set prot based on lookup */
1109         pcm = lookup_memtype(pfn_t_to_phys(pfn));
1110         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1111                          cachemode2protval(pcm));
1112 }
1113
1114 /*
1115  * untrack_pfn is called while unmapping a pfnmap for a region.
1116  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
1117  * can be for the entire vma (in which case pfn, size are zero).
1118  */
1119 void untrack_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
1120                  unsigned long size)
1121 {
1122         resource_size_t paddr;
1123
1124         if (vma && !(vma->vm_flags & VM_PAT))
1125                 return;
1126
1127         /* free the chunk starting from pfn or the whole chunk */
1128         paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
1129         if (!paddr && !size) {
1130                 if (get_pat_info(vma, &paddr, NULL))
1131                         return;
1132                 size = vma->vm_end - vma->vm_start;
1133         }
1134         free_pfn_range(paddr, size);
1135         if (vma)
1136                 vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1137 }
1138
1139 /*
1140  * untrack_pfn_moved is called, while mremapping a pfnmap for a new region,
1141  * with the old vma after its pfnmap page table has been removed.  The new
1142  * vma has a new pfnmap to the same pfn & cache type with VM_PAT set.
1143  */
1144 void untrack_pfn_moved(struct vm_area_struct *vma)
1145 {
1146         vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1147 }
1148
1149 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
1150 {
1151         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1152                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
1153 }
1154 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
1155
1156 pgprot_t pgprot_writethrough(pgprot_t prot)
1157 {
1158         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1159                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WT));
1160 }
1161 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writethrough);
1162
1163 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
1164
1165 /*
1166  * We are allocating a temporary printout-entry to be passed
1167  * between seq_start()/next() and seq_show():
1168  */
1169 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
1170 {
1171         struct memtype *entry_print;
1172         int ret;
1173
1174         entry_print  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
1175         if (!entry_print)
1176                 return NULL;
1177
1178         spin_lock(&memtype_lock);
1179         ret = memtype_copy_nth_element(entry_print, pos);
1180         spin_unlock(&memtype_lock);
1181
1182         /* Free it on error: */
1183         if (ret) {
1184                 kfree(entry_print);
1185                 return NULL;
1186         }
1187
1188         return entry_print;
1189 }
1190
1191 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
1192 {
1193         if (*pos == 0) {
1194                 ++*pos;
1195                 seq_puts(seq, "PAT memtype list:\n");
1196         }
1197
1198         return memtype_get_idx(*pos);
1199 }
1200
1201 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
1202 {
1203         kfree(v);
1204         ++*pos;
1205         return memtype_get_idx(*pos);
1206 }
1207
1208 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
1209 {
1210         kfree(v);
1211 }
1212
1213 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
1214 {
1215         struct memtype *entry_print = (struct memtype *)v;
1216
1217         seq_printf(seq, "PAT: [mem 0x%016Lx-0x%016Lx] %s\n",
1218                         entry_print->start,
1219                         entry_print->end,
1220                         cattr_name(entry_print->type));
1221
1222         return 0;
1223 }
1224
1225 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
1226         .start = memtype_seq_start,
1227         .next  = memtype_seq_next,
1228         .stop  = memtype_seq_stop,
1229         .show  = memtype_seq_show,
1230 };
1231
1232 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
1233 {
1234         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
1235 }
1236
1237 static const struct file_operations memtype_fops = {
1238         .open    = memtype_seq_open,
1239         .read    = seq_read,
1240         .llseek  = seq_lseek,
1241         .release = seq_release,
1242 };
1243
1244 static int __init pat_memtype_list_init(void)
1245 {
1246         if (pat_enabled()) {
1247                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
1248                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
1249         }
1250         return 0;
1251 }
1252 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1253
1254 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */