Merge tag 'i3c/fixes-for-5.0-rc5' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[sfrench/cifs-2.6.git] / arch / x86 / mm / mem_encrypt_identity.c
1 /*
2  * AMD Memory Encryption Support
3  *
4  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
5  *
6  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
7  *
8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
10  * published by the Free Software Foundation.
11  */
12
13 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
14
15 /*
16  * Since we're dealing with identity mappings, physical and virtual
17  * addresses are the same, so override these defines which are ultimately
18  * used by the headers in misc.h.
19  */
20 #define __pa(x)  ((unsigned long)(x))
21 #define __va(x)  ((void *)((unsigned long)(x)))
22
23 /*
24  * Special hack: we have to be careful, because no indirections are
25  * allowed here, and paravirt_ops is a kind of one. As it will only run in
26  * baremetal anyway, we just keep it from happening. (This list needs to
27  * be extended when new paravirt and debugging variants are added.)
28  */
29 #undef CONFIG_PARAVIRT
30 #undef CONFIG_PARAVIRT_XXL
31 #undef CONFIG_PARAVIRT_SPINLOCKS
32
33 #include <linux/kernel.h>
34 #include <linux/mm.h>
35 #include <linux/mem_encrypt.h>
36
37 #include <asm/setup.h>
38 #include <asm/sections.h>
39 #include <asm/cmdline.h>
40
41 #include "mm_internal.h"
42
43 #define PGD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
44 #define P4D_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
45 #define PUD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
46 #define PMD_FLAGS               _KERNPG_TABLE_NOENC
47
48 #define PMD_FLAGS_LARGE         (__PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
49
50 #define PMD_FLAGS_DEC           PMD_FLAGS_LARGE
51 #define PMD_FLAGS_DEC_WP        ((PMD_FLAGS_DEC & ~_PAGE_CACHE_MASK) | \
52                                  (_PAGE_PAT | _PAGE_PWT))
53
54 #define PMD_FLAGS_ENC           (PMD_FLAGS_LARGE | _PAGE_ENC)
55
56 #define PTE_FLAGS               (__PAGE_KERNEL_EXEC & ~_PAGE_GLOBAL)
57
58 #define PTE_FLAGS_DEC           PTE_FLAGS
59 #define PTE_FLAGS_DEC_WP        ((PTE_FLAGS_DEC & ~_PAGE_CACHE_MASK) | \
60                                  (_PAGE_PAT | _PAGE_PWT))
61
62 #define PTE_FLAGS_ENC           (PTE_FLAGS | _PAGE_ENC)
63
64 struct sme_populate_pgd_data {
65         void    *pgtable_area;
66         pgd_t   *pgd;
67
68         pmdval_t pmd_flags;
69         pteval_t pte_flags;
70         unsigned long paddr;
71
72         unsigned long vaddr;
73         unsigned long vaddr_end;
74 };
75
76 static char sme_cmdline_arg[] __initdata = "mem_encrypt";
77 static char sme_cmdline_on[]  __initdata = "on";
78 static char sme_cmdline_off[] __initdata = "off";
79
80 static void __init sme_clear_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
81 {
82         unsigned long pgd_start, pgd_end, pgd_size;
83         pgd_t *pgd_p;
84
85         pgd_start = ppd->vaddr & PGDIR_MASK;
86         pgd_end = ppd->vaddr_end & PGDIR_MASK;
87
88         pgd_size = (((pgd_end - pgd_start) / PGDIR_SIZE) + 1) * sizeof(pgd_t);
89
90         pgd_p = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
91
92         memset(pgd_p, 0, pgd_size);
93 }
94
95 static pud_t __init *sme_prepare_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
96 {
97         pgd_t *pgd;
98         p4d_t *p4d;
99         pud_t *pud;
100         pmd_t *pmd;
101
102         pgd = ppd->pgd + pgd_index(ppd->vaddr);
103         if (pgd_none(*pgd)) {
104                 p4d = ppd->pgtable_area;
105                 memset(p4d, 0, sizeof(*p4d) * PTRS_PER_P4D);
106                 ppd->pgtable_area += sizeof(*p4d) * PTRS_PER_P4D;
107                 set_pgd(pgd, __pgd(PGD_FLAGS | __pa(p4d)));
108         }
109
110         p4d = p4d_offset(pgd, ppd->vaddr);
111         if (p4d_none(*p4d)) {
112                 pud = ppd->pgtable_area;
113                 memset(pud, 0, sizeof(*pud) * PTRS_PER_PUD);
114                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pud) * PTRS_PER_PUD;
115                 set_p4d(p4d, __p4d(P4D_FLAGS | __pa(pud)));
116         }
117
118         pud = pud_offset(p4d, ppd->vaddr);
119         if (pud_none(*pud)) {
120                 pmd = ppd->pgtable_area;
121                 memset(pmd, 0, sizeof(*pmd) * PTRS_PER_PMD);
122                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pmd) * PTRS_PER_PMD;
123                 set_pud(pud, __pud(PUD_FLAGS | __pa(pmd)));
124         }
125
126         if (pud_large(*pud))
127                 return NULL;
128
129         return pud;
130 }
131
132 static void __init sme_populate_pgd_large(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
133 {
134         pud_t *pud;
135         pmd_t *pmd;
136
137         pud = sme_prepare_pgd(ppd);
138         if (!pud)
139                 return;
140
141         pmd = pmd_offset(pud, ppd->vaddr);
142         if (pmd_large(*pmd))
143                 return;
144
145         set_pmd(pmd, __pmd(ppd->paddr | ppd->pmd_flags));
146 }
147
148 static void __init sme_populate_pgd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
149 {
150         pud_t *pud;
151         pmd_t *pmd;
152         pte_t *pte;
153
154         pud = sme_prepare_pgd(ppd);
155         if (!pud)
156                 return;
157
158         pmd = pmd_offset(pud, ppd->vaddr);
159         if (pmd_none(*pmd)) {
160                 pte = ppd->pgtable_area;
161                 memset(pte, 0, sizeof(*pte) * PTRS_PER_PTE);
162                 ppd->pgtable_area += sizeof(*pte) * PTRS_PER_PTE;
163                 set_pmd(pmd, __pmd(PMD_FLAGS | __pa(pte)));
164         }
165
166         if (pmd_large(*pmd))
167                 return;
168
169         pte = pte_offset_map(pmd, ppd->vaddr);
170         if (pte_none(*pte))
171                 set_pte(pte, __pte(ppd->paddr | ppd->pte_flags));
172 }
173
174 static void __init __sme_map_range_pmd(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
175 {
176         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
177                 sme_populate_pgd_large(ppd);
178
179                 ppd->vaddr += PMD_PAGE_SIZE;
180                 ppd->paddr += PMD_PAGE_SIZE;
181         }
182 }
183
184 static void __init __sme_map_range_pte(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
185 {
186         while (ppd->vaddr < ppd->vaddr_end) {
187                 sme_populate_pgd(ppd);
188
189                 ppd->vaddr += PAGE_SIZE;
190                 ppd->paddr += PAGE_SIZE;
191         }
192 }
193
194 static void __init __sme_map_range(struct sme_populate_pgd_data *ppd,
195                                    pmdval_t pmd_flags, pteval_t pte_flags)
196 {
197         unsigned long vaddr_end;
198
199         ppd->pmd_flags = pmd_flags;
200         ppd->pte_flags = pte_flags;
201
202         /* Save original end value since we modify the struct value */
203         vaddr_end = ppd->vaddr_end;
204
205         /* If start is not 2MB aligned, create PTE entries */
206         ppd->vaddr_end = ALIGN(ppd->vaddr, PMD_PAGE_SIZE);
207         __sme_map_range_pte(ppd);
208
209         /* Create PMD entries */
210         ppd->vaddr_end = vaddr_end & PMD_PAGE_MASK;
211         __sme_map_range_pmd(ppd);
212
213         /* If end is not 2MB aligned, create PTE entries */
214         ppd->vaddr_end = vaddr_end;
215         __sme_map_range_pte(ppd);
216 }
217
218 static void __init sme_map_range_encrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
219 {
220         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_ENC, PTE_FLAGS_ENC);
221 }
222
223 static void __init sme_map_range_decrypted(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
224 {
225         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC, PTE_FLAGS_DEC);
226 }
227
228 static void __init sme_map_range_decrypted_wp(struct sme_populate_pgd_data *ppd)
229 {
230         __sme_map_range(ppd, PMD_FLAGS_DEC_WP, PTE_FLAGS_DEC_WP);
231 }
232
233 static unsigned long __init sme_pgtable_calc(unsigned long len)
234 {
235         unsigned long entries = 0, tables = 0;
236
237         /*
238          * Perform a relatively simplistic calculation of the pagetable
239          * entries that are needed. Those mappings will be covered mostly
240          * by 2MB PMD entries so we can conservatively calculate the required
241          * number of P4D, PUD and PMD structures needed to perform the
242          * mappings.  For mappings that are not 2MB aligned, PTE mappings
243          * would be needed for the start and end portion of the address range
244          * that fall outside of the 2MB alignment.  This results in, at most,
245          * two extra pages to hold PTE entries for each range that is mapped.
246          * Incrementing the count for each covers the case where the addresses
247          * cross entries.
248          */
249
250         /* PGDIR_SIZE is equal to P4D_SIZE on 4-level machine. */
251         if (PTRS_PER_P4D > 1)
252                 entries += (DIV_ROUND_UP(len, PGDIR_SIZE) + 1) * sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
253         entries += (DIV_ROUND_UP(len, P4D_SIZE) + 1) * sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
254         entries += (DIV_ROUND_UP(len, PUD_SIZE) + 1) * sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
255         entries += 2 * sizeof(pte_t) * PTRS_PER_PTE;
256
257         /*
258          * Now calculate the added pagetable structures needed to populate
259          * the new pagetables.
260          */
261
262         if (PTRS_PER_P4D > 1)
263                 tables += DIV_ROUND_UP(entries, PGDIR_SIZE) * sizeof(p4d_t) * PTRS_PER_P4D;
264         tables += DIV_ROUND_UP(entries, P4D_SIZE) * sizeof(pud_t) * PTRS_PER_PUD;
265         tables += DIV_ROUND_UP(entries, PUD_SIZE) * sizeof(pmd_t) * PTRS_PER_PMD;
266
267         return entries + tables;
268 }
269
270 void __init sme_encrypt_kernel(struct boot_params *bp)
271 {
272         unsigned long workarea_start, workarea_end, workarea_len;
273         unsigned long execute_start, execute_end, execute_len;
274         unsigned long kernel_start, kernel_end, kernel_len;
275         unsigned long initrd_start, initrd_end, initrd_len;
276         struct sme_populate_pgd_data ppd;
277         unsigned long pgtable_area_len;
278         unsigned long decrypted_base;
279
280         if (!sme_active())
281                 return;
282
283         /*
284          * Prepare for encrypting the kernel and initrd by building new
285          * pagetables with the necessary attributes needed to encrypt the
286          * kernel in place.
287          *
288          *   One range of virtual addresses will map the memory occupied
289          *   by the kernel and initrd as encrypted.
290          *
291          *   Another range of virtual addresses will map the memory occupied
292          *   by the kernel and initrd as decrypted and write-protected.
293          *
294          *     The use of write-protect attribute will prevent any of the
295          *     memory from being cached.
296          */
297
298         /* Physical addresses gives us the identity mapped virtual addresses */
299         kernel_start = __pa_symbol(_text);
300         kernel_end = ALIGN(__pa_symbol(_end), PMD_PAGE_SIZE);
301         kernel_len = kernel_end - kernel_start;
302
303         initrd_start = 0;
304         initrd_end = 0;
305         initrd_len = 0;
306 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD
307         initrd_len = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_size |
308                      ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_size << 32);
309         if (initrd_len) {
310                 initrd_start = (unsigned long)bp->hdr.ramdisk_image |
311                                ((unsigned long)bp->ext_ramdisk_image << 32);
312                 initrd_end = PAGE_ALIGN(initrd_start + initrd_len);
313                 initrd_len = initrd_end - initrd_start;
314         }
315 #endif
316
317         /* Set the encryption workarea to be immediately after the kernel */
318         workarea_start = kernel_end;
319
320         /*
321          * Calculate required number of workarea bytes needed:
322          *   executable encryption area size:
323          *     stack page (PAGE_SIZE)
324          *     encryption routine page (PAGE_SIZE)
325          *     intermediate copy buffer (PMD_PAGE_SIZE)
326          *   pagetable structures for the encryption of the kernel
327          *   pagetable structures for workarea (in case not currently mapped)
328          */
329         execute_start = workarea_start;
330         execute_end = execute_start + (PAGE_SIZE * 2) + PMD_PAGE_SIZE;
331         execute_len = execute_end - execute_start;
332
333         /*
334          * One PGD for both encrypted and decrypted mappings and a set of
335          * PUDs and PMDs for each of the encrypted and decrypted mappings.
336          */
337         pgtable_area_len = sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
338         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_end - kernel_start) * 2;
339         if (initrd_len)
340                 pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(initrd_len) * 2;
341
342         /* PUDs and PMDs needed in the current pagetables for the workarea */
343         pgtable_area_len += sme_pgtable_calc(execute_len + pgtable_area_len);
344
345         /*
346          * The total workarea includes the executable encryption area and
347          * the pagetable area. The start of the workarea is already 2MB
348          * aligned, align the end of the workarea on a 2MB boundary so that
349          * we don't try to create/allocate PTE entries from the workarea
350          * before it is mapped.
351          */
352         workarea_len = execute_len + pgtable_area_len;
353         workarea_end = ALIGN(workarea_start + workarea_len, PMD_PAGE_SIZE);
354
355         /*
356          * Set the address to the start of where newly created pagetable
357          * structures (PGDs, PUDs and PMDs) will be allocated. New pagetable
358          * structures are created when the workarea is added to the current
359          * pagetables and when the new encrypted and decrypted kernel
360          * mappings are populated.
361          */
362         ppd.pgtable_area = (void *)execute_end;
363
364         /*
365          * Make sure the current pagetable structure has entries for
366          * addressing the workarea.
367          */
368         ppd.pgd = (pgd_t *)native_read_cr3_pa();
369         ppd.paddr = workarea_start;
370         ppd.vaddr = workarea_start;
371         ppd.vaddr_end = workarea_end;
372         sme_map_range_decrypted(&ppd);
373
374         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
375         native_write_cr3(__native_read_cr3());
376
377         /*
378          * A new pagetable structure is being built to allow for the kernel
379          * and initrd to be encrypted. It starts with an empty PGD that will
380          * then be populated with new PUDs and PMDs as the encrypted and
381          * decrypted kernel mappings are created.
382          */
383         ppd.pgd = ppd.pgtable_area;
384         memset(ppd.pgd, 0, sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD);
385         ppd.pgtable_area += sizeof(pgd_t) * PTRS_PER_PGD;
386
387         /*
388          * A different PGD index/entry must be used to get different
389          * pagetable entries for the decrypted mapping. Choose the next
390          * PGD index and convert it to a virtual address to be used as
391          * the base of the mapping.
392          */
393         decrypted_base = (pgd_index(workarea_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
394         if (initrd_len) {
395                 unsigned long check_base;
396
397                 check_base = (pgd_index(initrd_end) + 1) & (PTRS_PER_PGD - 1);
398                 decrypted_base = max(decrypted_base, check_base);
399         }
400         decrypted_base <<= PGDIR_SHIFT;
401
402         /* Add encrypted kernel (identity) mappings */
403         ppd.paddr = kernel_start;
404         ppd.vaddr = kernel_start;
405         ppd.vaddr_end = kernel_end;
406         sme_map_range_encrypted(&ppd);
407
408         /* Add decrypted, write-protected kernel (non-identity) mappings */
409         ppd.paddr = kernel_start;
410         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
411         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
412         sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
413
414         if (initrd_len) {
415                 /* Add encrypted initrd (identity) mappings */
416                 ppd.paddr = initrd_start;
417                 ppd.vaddr = initrd_start;
418                 ppd.vaddr_end = initrd_end;
419                 sme_map_range_encrypted(&ppd);
420                 /*
421                  * Add decrypted, write-protected initrd (non-identity) mappings
422                  */
423                 ppd.paddr = initrd_start;
424                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
425                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
426                 sme_map_range_decrypted_wp(&ppd);
427         }
428
429         /* Add decrypted workarea mappings to both kernel mappings */
430         ppd.paddr = workarea_start;
431         ppd.vaddr = workarea_start;
432         ppd.vaddr_end = workarea_end;
433         sme_map_range_decrypted(&ppd);
434
435         ppd.paddr = workarea_start;
436         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
437         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
438         sme_map_range_decrypted(&ppd);
439
440         /* Perform the encryption */
441         sme_encrypt_execute(kernel_start, kernel_start + decrypted_base,
442                             kernel_len, workarea_start, (unsigned long)ppd.pgd);
443
444         if (initrd_len)
445                 sme_encrypt_execute(initrd_start, initrd_start + decrypted_base,
446                                     initrd_len, workarea_start,
447                                     (unsigned long)ppd.pgd);
448
449         /*
450          * At this point we are running encrypted.  Remove the mappings for
451          * the decrypted areas - all that is needed for this is to remove
452          * the PGD entry/entries.
453          */
454         ppd.vaddr = kernel_start + decrypted_base;
455         ppd.vaddr_end = kernel_end + decrypted_base;
456         sme_clear_pgd(&ppd);
457
458         if (initrd_len) {
459                 ppd.vaddr = initrd_start + decrypted_base;
460                 ppd.vaddr_end = initrd_end + decrypted_base;
461                 sme_clear_pgd(&ppd);
462         }
463
464         ppd.vaddr = workarea_start + decrypted_base;
465         ppd.vaddr_end = workarea_end + decrypted_base;
466         sme_clear_pgd(&ppd);
467
468         /* Flush the TLB - no globals so cr3 is enough */
469         native_write_cr3(__native_read_cr3());
470 }
471
472 void __init sme_enable(struct boot_params *bp)
473 {
474         const char *cmdline_ptr, *cmdline_arg, *cmdline_on, *cmdline_off;
475         unsigned int eax, ebx, ecx, edx;
476         unsigned long feature_mask;
477         bool active_by_default;
478         unsigned long me_mask;
479         char buffer[16];
480         u64 msr;
481
482         /* Check for the SME/SEV support leaf */
483         eax = 0x80000000;
484         ecx = 0;
485         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
486         if (eax < 0x8000001f)
487                 return;
488
489 #define AMD_SME_BIT     BIT(0)
490 #define AMD_SEV_BIT     BIT(1)
491         /*
492          * Set the feature mask (SME or SEV) based on whether we are
493          * running under a hypervisor.
494          */
495         eax = 1;
496         ecx = 0;
497         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
498         feature_mask = (ecx & BIT(31)) ? AMD_SEV_BIT : AMD_SME_BIT;
499
500         /*
501          * Check for the SME/SEV feature:
502          *   CPUID Fn8000_001F[EAX]
503          *   - Bit 0 - Secure Memory Encryption support
504          *   - Bit 1 - Secure Encrypted Virtualization support
505          *   CPUID Fn8000_001F[EBX]
506          *   - Bits 5:0 - Pagetable bit position used to indicate encryption
507          */
508         eax = 0x8000001f;
509         ecx = 0;
510         native_cpuid(&eax, &ebx, &ecx, &edx);
511         if (!(eax & feature_mask))
512                 return;
513
514         me_mask = 1UL << (ebx & 0x3f);
515
516         /* Check if memory encryption is enabled */
517         if (feature_mask == AMD_SME_BIT) {
518                 /* For SME, check the SYSCFG MSR */
519                 msr = __rdmsr(MSR_K8_SYSCFG);
520                 if (!(msr & MSR_K8_SYSCFG_MEM_ENCRYPT))
521                         return;
522         } else {
523                 /* For SEV, check the SEV MSR */
524                 msr = __rdmsr(MSR_AMD64_SEV);
525                 if (!(msr & MSR_AMD64_SEV_ENABLED))
526                         return;
527
528                 /* SEV state cannot be controlled by a command line option */
529                 sme_me_mask = me_mask;
530                 sev_enabled = true;
531                 physical_mask &= ~sme_me_mask;
532                 return;
533         }
534
535         /*
536          * Fixups have not been applied to phys_base yet and we're running
537          * identity mapped, so we must obtain the address to the SME command
538          * line argument data using rip-relative addressing.
539          */
540         asm ("lea sme_cmdline_arg(%%rip), %0"
541              : "=r" (cmdline_arg)
542              : "p" (sme_cmdline_arg));
543         asm ("lea sme_cmdline_on(%%rip), %0"
544              : "=r" (cmdline_on)
545              : "p" (sme_cmdline_on));
546         asm ("lea sme_cmdline_off(%%rip), %0"
547              : "=r" (cmdline_off)
548              : "p" (sme_cmdline_off));
549
550         if (IS_ENABLED(CONFIG_AMD_MEM_ENCRYPT_ACTIVE_BY_DEFAULT))
551                 active_by_default = true;
552         else
553                 active_by_default = false;
554
555         cmdline_ptr = (const char *)((u64)bp->hdr.cmd_line_ptr |
556                                      ((u64)bp->ext_cmd_line_ptr << 32));
557
558         cmdline_find_option(cmdline_ptr, cmdline_arg, buffer, sizeof(buffer));
559
560         if (!strncmp(buffer, cmdline_on, sizeof(buffer)))
561                 sme_me_mask = me_mask;
562         else if (!strncmp(buffer, cmdline_off, sizeof(buffer)))
563                 sme_me_mask = 0;
564         else
565                 sme_me_mask = active_by_default ? me_mask : 0;
566
567         physical_mask &= ~sme_me_mask;
568 }