arch/x86/mm/pageattr.c

   1 /*
   2  * Copyright 2002 Andi Kleen, SuSE Labs.
   3  * Thanks to Ben LaHaise for precious feedback.
   4  */
   5 #include <linux/highmem.h>
   6 #include <linux/bootmem.h>
   7 #include <linux/module.h>
   8 #include <linux/sched.h>
   9 #include <linux/mm.h>
  10 #include <linux/interrupt.h>
  11 #include <linux/seq_file.h>
  12 #include <linux/debugfs.h>
  13 #include <linux/pfn.h>
  14 #include <linux/percpu.h>
  15 #include <linux/gfp.h>
  16
  17 #include <asm/e820.h>
  18 #include <asm/processor.h>
  19 #include <asm/tlbflush.h>
  20 #include <asm/sections.h>
  21 #include <asm/setup.h>
  22 #include <asm/uaccess.h>
  23 #include <asm/pgalloc.h>
  24 #include <asm/proto.h>
  25 #include <asm/pat.h>
  26
  27 /*
  28  * The current flushing context - we pass it instead of 5 arguments:
  29  */
  30 struct cpa_data {
  31         unsigned long   *vaddr;
  32         pgprot_t        mask_set;
  33         pgprot_t        mask_clr;
  34         int             numpages;
  35         int             flags;
  36         unsigned long   pfn;
  37         unsigned        force_split : 1;
  38         int             curpage;
  39         struct page     **pages;
  40 };
  41
  42 /*
  43  * Serialize cpa() (for !DEBUG_PAGEALLOC which uses large identity mappings)
  44  * using cpa_lock. So that we don't allow any other cpu, with stale large tlb
  45  * entries change the page attribute in parallel to some other cpu
  46  * splitting a large page entry along with changing the attribute.
  47  */
  48 static DEFINE_SPINLOCK(cpa_lock);
  49
  50 #define CPA_FLUSHTLB 1
  51 #define CPA_ARRAY 2
  52 #define CPA_PAGES_ARRAY 4
  53
  54 #ifdef CONFIG_PROC_FS
  55 static unsigned long direct_pages_count[PG_LEVEL_NUM];
  56
  57 void update_page_count(int level, unsigned long pages)
  58 {
  59         unsigned long flags;
  60
  61         /* Protect against CPA */
  62         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
  63         direct_pages_count[level] += pages;
  64         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
  65 }
  66
  67 static void split_page_count(int level)
  68 {
  69         direct_pages_count[level]--;
  70         direct_pages_count[level - 1] += PTRS_PER_PTE;
  71 }
  72
  73 void arch_report_meminfo(struct seq_file *m)
  74 {
  75         seq_printf(m, "DirectMap4k:    %8lu kB\n",
  76                         direct_pages_count[PG_LEVEL_4K] << 2);
  77 #if defined(CONFIG_X86_64) || defined(CONFIG_X86_PAE)
  78         seq_printf(m, "DirectMap2M:    %8lu kB\n",
  79                         direct_pages_count[PG_LEVEL_2M] << 11);
  80 #else
  81         seq_printf(m, "DirectMap4M:    %8lu kB\n",
  82                         direct_pages_count[PG_LEVEL_2M] << 12);
  83 #endif
  84 #ifdef CONFIG_X86_64
  85         if (direct_gbpages)
  86                 seq_printf(m, "DirectMap1G:    %8lu kB\n",
  87                         direct_pages_count[PG_LEVEL_1G] << 20);
  88 #endif
  89 }
  90 #else
  91 static inline void split_page_count(int level) { }
  92 #endif
  93
  94 #ifdef CONFIG_X86_64
  95
  96 static inline unsigned long highmap_start_pfn(void)
  97 {
  98         return __pa(_text) >> PAGE_SHIFT;
  99 }
 100
 101 static inline unsigned long highmap_end_pfn(void)
 102 {
 103         return __pa(roundup(_brk_end, PMD_SIZE)) >> PAGE_SHIFT;
 104 }
 105
 106 #endif
 107
 108 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
 109 # define debug_pagealloc 1
 110 #else
 111 # define debug_pagealloc 0
 112 #endif
 113
 114 static inline int
 115 within(unsigned long addr, unsigned long start, unsigned long end)
 116 {
 117         return addr >= start && addr < end;
 118 }
 119
 120 /*
 121  * Flushing functions
 122  */
 123
 124 /**
 125  * clflush_cache_range - flush a cache range with clflush
 126  * @addr:       virtual start address
 127  * @size:       number of bytes to flush
 128  *
 129  * clflush is an unordered instruction which needs fencing with mfence
 130  * to avoid ordering issues.
 131  */
 132 void clflush_cache_range(void *vaddr, unsigned int size)
 133 {
 134         void *vend = vaddr + size - 1;
 135
 136         mb();
 137
 138         for (; vaddr < vend; vaddr += boot_cpu_data.x86_clflush_size)
 139                 clflush(vaddr);
 140         /*
 141          * Flush any possible final partial cacheline:
 142          */
 143         clflush(vend);
 144
 145         mb();
 146 }
 147 EXPORT_SYMBOL_GPL(clflush_cache_range);
 148
 149 static void __cpa_flush_all(void *arg)
 150 {
 151         unsigned long cache = (unsigned long)arg;
 152
 153         /*
 154          * Flush all to work around Errata in early athlons regarding
 155          * large page flushing.
 156          */
 157         __flush_tlb_all();
 158
 159         if (cache && boot_cpu_data.x86 >= 4)
 160                 wbinvd();
 161 }
 162
 163 static void cpa_flush_all(unsigned long cache)
 164 {
 165         BUG_ON(irqs_disabled());
 166
 167         on_each_cpu(__cpa_flush_all, (void *) cache, 1);
 168 }
 169
 170 static void __cpa_flush_range(void *arg)
 171 {
 172         /*
 173          * We could optimize that further and do individual per page
 174          * tlb invalidates for a low number of pages. Caveat: we must
 175          * flush the high aliases on 64bit as well.
 176          */
 177         __flush_tlb_all();
 178 }
 179
 180 static void cpa_flush_range(unsigned long start, int numpages, int cache)
 181 {
 182         unsigned int i, level;
 183         unsigned long addr;
 184
 185         BUG_ON(irqs_disabled());
 186         WARN_ON(PAGE_ALIGN(start) != start);
 187
 188         on_each_cpu(__cpa_flush_range, NULL, 1);
 189
 190         if (!cache)
 191                 return;
 192
 193         /*
 194          * We only need to flush on one CPU,
 195          * clflush is a MESI-coherent instruction that
 196          * will cause all other CPUs to flush the same
 197          * cachelines:
 198          */
 199         for (i = 0, addr = start; i < numpages; i++, addr += PAGE_SIZE) {
 200                 pte_t *pte = lookup_address(addr, &level);
 201
 202                 /*
 203                  * Only flush present addresses:
 204                  */
 205                 if (pte && (pte_val(*pte) & _PAGE_PRESENT))
 206                         clflush_cache_range((void *) addr, PAGE_SIZE);
 207         }
 208 }
 209
 210 static void cpa_flush_array(unsigned long *start, int numpages, int cache,
 211                             int in_flags, struct page **pages)
 212 {
 213         unsigned int i, level;
 214         unsigned long do_wbinvd = cache && numpages >= 1024; /* 4M threshold */
 215
 216         BUG_ON(irqs_disabled());
 217
 218         on_each_cpu(__cpa_flush_all, (void *) do_wbinvd, 1);
 219
 220         if (!cache || do_wbinvd)
 221                 return;
 222
 223         /*
 224          * We only need to flush on one CPU,
 225          * clflush is a MESI-coherent instruction that
 226          * will cause all other CPUs to flush the same
 227          * cachelines:
 228          */
 229         for (i = 0; i < numpages; i++) {
 230                 unsigned long addr;
 231                 pte_t *pte;
 232
 233                 if (in_flags & CPA_PAGES_ARRAY)
 234                         addr = (unsigned long)page_address(pages[i]);
 235                 else
 236                         addr = start[i];
 237
 238                 pte = lookup_address(addr, &level);
 239
 240                 /*
 241                  * Only flush present addresses:
 242                  */
 243                 if (pte && (pte_val(*pte) & _PAGE_PRESENT))
 244                         clflush_cache_range((void *)addr, PAGE_SIZE);
 245         }
 246 }
 247
 248 /*
 249  * Certain areas of memory on x86 require very specific protection flags,
 250  * for example the BIOS area or kernel text. Callers don't always get this
 251  * right (again, ioremap() on BIOS memory is not uncommon) so this function
 252  * checks and fixes these known static required protection bits.
 253  */
 254 static inline pgprot_t static_protections(pgprot_t prot, unsigned long address,
 255                                    unsigned long pfn)
 256 {
 257         pgprot_t forbidden = __pgprot(0);
 258
 259         /*
 260          * The BIOS area between 640k and 1Mb needs to be executable for
 261          * PCI BIOS based config access (CONFIG_PCI_GOBIOS) support.
 262          */
 263         if (within(pfn, BIOS_BEGIN >> PAGE_SHIFT, BIOS_END >> PAGE_SHIFT))
 264                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_NX;
 265
 266         /*
 267          * The kernel text needs to be executable for obvious reasons
 268          * Does not cover __inittext since that is gone later on. On
 269          * 64bit we do not enforce !NX on the low mapping
 270          */
 271         if (within(address, (unsigned long)_text, (unsigned long)_etext))
 272                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_NX;
 273
 274         /*
 275          * The .rodata section needs to be read-only. Using the pfn
 276          * catches all aliases.
 277          */
 278         if (within(pfn, __pa((unsigned long)__start_rodata) >> PAGE_SHIFT,
 279                    __pa((unsigned long)__end_rodata) >> PAGE_SHIFT))
 280                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_RW;
 281
 282 #if defined(CONFIG_X86_64) && defined(CONFIG_DEBUG_RODATA)
 283         /*
 284          * Once the kernel maps the text as RO (kernel_set_to_readonly is set),
 285          * kernel text mappings for the large page aligned text, rodata sections
 286          * will be always read-only. For the kernel identity mappings covering
 287          * the holes caused by this alignment can be anything that user asks.
 288          *
 289          * This will preserve the large page mappings for kernel text/data
 290          * at no extra cost.
 291          */
 292         if (kernel_set_to_readonly &&
 293             within(address, (unsigned long)_text,
 294                    (unsigned long)__end_rodata_hpage_align)) {
 295                 unsigned int level;
 296
 297                 /*
 298                  * Don't enforce the !RW mapping for the kernel text mapping,
 299                  * if the current mapping is already using small page mapping.
 300                  * No need to work hard to preserve large page mappings in this
 301                  * case.
 302                  *
 303                  * This also fixes the Linux Xen paravirt guest boot failure
 304                  * (because of unexpected read-only mappings for kernel identity
 305                  * mappings). In this paravirt guest case, the kernel text
 306                  * mapping and the kernel identity mapping share the same
 307                  * page-table pages. Thus we can't really use different
 308                  * protections for the kernel text and identity mappings. Also,
 309                  * these shared mappings are made of small page mappings.
 310                  * Thus this don't enforce !RW mapping for small page kernel
 311                  * text mapping logic will help Linux Xen parvirt guest boot
 312                  * aswell.
 313                  */
 314                 if (lookup_address(address, &level) && (level != PG_LEVEL_4K))
 315                         pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_RW;
 316         }
 317 #endif
 318
 319         prot = __pgprot(pgprot_val(prot) & ~pgprot_val(forbidden));
 320
 321         return prot;
 322 }
 323
 324 /*
 325  * Lookup the page table entry for a virtual address. Return a pointer
 326  * to the entry and the level of the mapping.
 327  *
 328  * Note: We return pud and pmd either when the entry is marked large
 329  * or when the present bit is not set. Otherwise we would return a
 330  * pointer to a nonexisting mapping.
 331  */
 332 pte_t *lookup_address(unsigned long address, unsigned int *level)
 333 {
 334         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(address);
 335         pud_t *pud;
 336         pmd_t *pmd;
 337
 338         *level = PG_LEVEL_NONE;
 339
 340         if (pgd_none(*pgd))
 341                 return NULL;
 342
 343         pud = pud_offset(pgd, address);
 344         if (pud_none(*pud))
 345                 return NULL;
 346
 347         *level = PG_LEVEL_1G;
 348         if (pud_large(*pud) || !pud_present(*pud))
 349                 return (pte_t *)pud;
 350
 351         pmd = pmd_offset(pud, address);
 352         if (pmd_none(*pmd))
 353                 return NULL;
 354
 355         *level = PG_LEVEL_2M;
 356         if (pmd_large(*pmd) || !pmd_present(*pmd))
 357                 return (pte_t *)pmd;
 358
 359         *level = PG_LEVEL_4K;
 360
 361         return pte_offset_kernel(pmd, address);
 362 }
 363 EXPORT_SYMBOL_GPL(lookup_address);
 364
 365 /*
 366  * Set the new pmd in all the pgds we know about:
 367  */
 368 static void __set_pmd_pte(pte_t *kpte, unsigned long address, pte_t pte)
 369 {
 370         /* change init_mm */
 371         set_pte_atomic(kpte, pte);
 372 #ifdef CONFIG_X86_32
 373         if (!SHARED_KERNEL_PMD) {
 374                 struct page *page;
 375
 376                 list_for_each_entry(page, &pgd_list, lru) {
 377                         pgd_t *pgd;
 378                         pud_t *pud;
 379                         pmd_t *pmd;
 380
 381                         pgd = (pgd_t *)page_address(page) + pgd_index(address);
 382                         pud = pud_offset(pgd, address);
 383                         pmd = pmd_offset(pud, address);
 384                         set_pte_atomic((pte_t *)pmd, pte);
 385                 }
 386         }
 387 #endif
 388 }
 389
 390 static int
 391 try_preserve_large_page(pte_t *kpte, unsigned long address,
 392                         struct cpa_data *cpa)
 393 {
 394         unsigned long nextpage_addr, numpages, pmask, psize, flags, addr, pfn;
 395         pte_t new_pte, old_pte, *tmp;
 396         pgprot_t old_prot, new_prot;
 397         int i, do_split = 1;
 398         unsigned int level;
 399
 400         if (cpa->force_split)
 401                 return 1;
 402
 403         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 404         /*
 405          * Check for races, another CPU might have split this page
 406          * up already:
 407          */
 408         tmp = lookup_address(address, &level);
 409         if (tmp != kpte)
 410                 goto out_unlock;
 411
 412         switch (level) {
 413         case PG_LEVEL_2M:
 414                 psize = PMD_PAGE_SIZE;
 415                 pmask = PMD_PAGE_MASK;
 416                 break;
 417 #ifdef CONFIG_X86_64
 418         case PG_LEVEL_1G:
 419                 psize = PUD_PAGE_SIZE;
 420                 pmask = PUD_PAGE_MASK;
 421                 break;
 422 #endif
 423         default:
 424                 do_split = -EINVAL;
 425                 goto out_unlock;
 426         }
 427
 428         /*
 429          * Calculate the number of pages, which fit into this large
 430          * page starting at address:
 431          */
 432         nextpage_addr = (address + psize) & pmask;
 433         numpages = (nextpage_addr - address) >> PAGE_SHIFT;
 434         if (numpages < cpa->numpages)
 435                 cpa->numpages = numpages;
 436
 437         /*
 438          * We are safe now. Check whether the new pgprot is the same:
 439          */
 440         old_pte = *kpte;
 441         old_prot = new_prot = pte_pgprot(old_pte);
 442
 443         pgprot_val(new_prot) &= ~pgprot_val(cpa->mask_clr);
 444         pgprot_val(new_prot) |= pgprot_val(cpa->mask_set);
 445
 446         /*
 447          * old_pte points to the large page base address. So we need
 448          * to add the offset of the virtual address:
 449          */
 450         pfn = pte_pfn(old_pte) + ((address & (psize - 1)) >> PAGE_SHIFT);
 451         cpa->pfn = pfn;
 452
 453         new_prot = static_protections(new_prot, address, pfn);
 454
 455         /*
 456          * We need to check the full range, whether
 457          * static_protection() requires a different pgprot for one of
 458          * the pages in the range we try to preserve:
 459          */
 460         addr = address + PAGE_SIZE;
 461         pfn++;
 462         for (i = 1; i < cpa->numpages; i++, addr += PAGE_SIZE, pfn++) {
 463                 pgprot_t chk_prot = static_protections(new_prot, addr, pfn);
 464
 465                 if (pgprot_val(chk_prot) != pgprot_val(new_prot))
 466                         goto out_unlock;
 467         }
 468
 469         /*
 470          * If there are no changes, return. maxpages has been updated
 471          * above:
 472          */
 473         if (pgprot_val(new_prot) == pgprot_val(old_prot)) {
 474                 do_split = 0;
 475                 goto out_unlock;
 476         }
 477
 478         /*
 479          * We need to change the attributes. Check, whether we can
 480          * change the large page in one go. We request a split, when
 481          * the address is not aligned and the number of pages is
 482          * smaller than the number of pages in the large page. Note
 483          * that we limited the number of possible pages already to
 484          * the number of pages in the large page.
 485          */
 486         if (address == (nextpage_addr - psize) && cpa->numpages == numpages) {
 487                 /*
 488                  * The address is aligned and the number of pages
 489                  * covers the full page.
 490                  */
 491                 new_pte = pfn_pte(pte_pfn(old_pte), canon_pgprot(new_prot));
 492                 __set_pmd_pte(kpte, address, new_pte);
 493                 cpa->flags |= CPA_FLUSHTLB;
 494                 do_split = 0;
 495         }
 496
 497 out_unlock:
 498         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 499
 500         return do_split;
 501 }
 502
 503 static int split_large_page(pte_t *kpte, unsigned long address)
 504 {
 505         unsigned long flags, pfn, pfninc = 1;
 506         unsigned int i, level;
 507         pte_t *pbase, *tmp;
 508         pgprot_t ref_prot;
 509         struct page *base;
 510
 511         if (!debug_pagealloc)
 512                 spin_unlock(&cpa_lock);
 513         base = alloc_pages(GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK, 0);
 514         if (!debug_pagealloc)
 515                 spin_lock(&cpa_lock);
 516         if (!base)
 517                 return -ENOMEM;
 518
 519         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
 520         /*
 521          * Check for races, another CPU might have split this page
 522          * up for us already:
 523          */
 524         tmp = lookup_address(address, &level);
 525         if (tmp != kpte)
 526                 goto out_unlock;
 527
 528         pbase = (pte_t *)page_address(base);
 529         paravirt_alloc_pte(&init_mm, page_to_pfn(base));
 530         ref_prot = pte_pgprot(pte_clrhuge(*kpte));
 531         /*
 532          * If we ever want to utilize the PAT bit, we need to
 533          * update this function to make sure it's converted from
 534          * bit 12 to bit 7 when we cross from the 2MB level to
 535          * the 4K level:
 536          */
 537         WARN_ON_ONCE(pgprot_val(ref_prot) & _PAGE_PAT_LARGE);
 538
 539 #ifdef CONFIG_X86_64
 540         if (level == PG_LEVEL_1G) {
 541                 pfninc = PMD_PAGE_SIZE >> PAGE_SHIFT;
 542                 pgprot_val(ref_prot) |= _PAGE_PSE;
 543         }
 544 #endif
 545
 546         /*
 547          * Get the target pfn from the original entry:
 548          */
 549         pfn = pte_pfn(*kpte);
 550         for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE; i++, pfn += pfninc)
 551                 set_pte(&pbase[i], pfn_pte(pfn, ref_prot));
 552
 553         if (address >= (unsigned long)__va(0) &&
 554                 address < (unsigned long)__va(max_low_pfn_mapped << PAGE_SHIFT))
 555                 split_page_count(level);
 556
 557 #ifdef CONFIG_X86_64
 558         if (address >= (unsigned long)__va(1UL<<32) &&
 559                 address < (unsigned long)__va(max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT))
 560                 split_page_count(level);
 561 #endif
 562
 563         /*
 564          * Install the new, split up pagetable.
 565          *
 566          * We use the standard kernel pagetable protections for the new
 567          * pagetable protections, the actual ptes set above control the
 568          * primary protection behavior:
 569          */
 570         __set_pmd_pte(kpte, address, mk_pte(base, __pgprot(_KERNPG_TABLE)));
 571
 572         /*
 573          * Intel Atom errata AAH41 workaround.
 574          *
 575          * The real fix should be in hw or in a microcode update, but
 576          * we also probabilistically try to reduce the window of having
 577          * a large TLB mixed with 4K TLBs while instruction fetches are
 578          * going on.
 579          */
 580         __flush_tlb_all();
 581
 582         base = NULL;
 583
 584 out_unlock:
 585         /*
 586          * If we dropped out via the lookup_address check under
 587          * pgd_lock then stick the page back into the pool:
 588          */
 589         if (base)
 590                 __free_page(base);
 591         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
 592
 593         return 0;
 594 }
 595
 596 static int __cpa_process_fault(struct cpa_data *cpa, unsigned long vaddr,
 597                                int primary)
 598 {
 599         /*
 600          * Ignore all non primary paths.
 601          */
 602         if (!primary)
 603                 return 0;
 604
 605         /*
 606          * Ignore the NULL PTE for kernel identity mapping, as it is expected
 607          * to have holes.
 608          * Also set numpages to '1' indicating that we processed cpa req for
 609          * one virtual address page and its pfn. TBD: numpages can be set based
 610          * on the initial value and the level returned by lookup_address().
 611          */
 612         if (within(vaddr, PAGE_OFFSET,
 613                    PAGE_OFFSET + (max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT))) {
 614                 cpa->numpages = 1;
 615                 cpa->pfn = __pa(vaddr) >> PAGE_SHIFT;
 616                 return 0;
 617         } else {
 618                 WARN(1, KERN_WARNING "CPA: called for zero pte. "
 619                         "vaddr = %lx cpa->vaddr = %lx\n", vaddr,
 620                         *cpa->vaddr);
 621
 622                 return -EFAULT;
 623         }
 624 }
 625
 626 static int __change_page_attr(struct cpa_data *cpa, int primary)
 627 {
 628         unsigned long address;
 629         int do_split, err;
 630         unsigned int level;
 631         pte_t *kpte, old_pte;
 632
 633         if (cpa->flags & CPA_PAGES_ARRAY) {
 634                 struct page *page = cpa->pages[cpa->curpage];
 635                 if (unlikely(PageHighMem(page)))
 636                         return 0;
 637                 address = (unsigned long)page_address(page);
 638         } else if (cpa->flags & CPA_ARRAY)
 639                 address = cpa->vaddr[cpa->curpage];
 640         else
 641                 address = *cpa->vaddr;
 642 repeat:
 643         kpte = lookup_address(address, &level);
 644         if (!kpte)
 645                 return __cpa_process_fault(cpa, address, primary);
 646
 647         old_pte = *kpte;
 648         if (!pte_val(old_pte))
 649                 return __cpa_process_fault(cpa, address, primary);
 650
 651         if (level == PG_LEVEL_4K) {
 652                 pte_t new_pte;
 653                 pgprot_t new_prot = pte_pgprot(old_pte);
 654                 unsigned long pfn = pte_pfn(old_pte);
 655
 656                 pgprot_val(new_prot) &= ~pgprot_val(cpa->mask_clr);
 657                 pgprot_val(new_prot) |= pgprot_val(cpa->mask_set);
 658
 659                 new_prot = static_protections(new_prot, address, pfn);
 660
 661                 /*
 662                  * We need to keep the pfn from the existing PTE,
 663                  * after all we're only going to change it's attributes
 664                  * not the memory it points to
 665                  */
 666                 new_pte = pfn_pte(pfn, canon_pgprot(new_prot));
 667                 cpa->pfn = pfn;
 668                 /*
 669                  * Do we really change anything ?
 670                  */
 671                 if (pte_val(old_pte) != pte_val(new_pte)) {
 672                         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 673                         cpa->flags |= CPA_FLUSHTLB;
 674                 }
 675                 cpa->numpages = 1;
 676                 return 0;
 677         }
 678
 679         /*
 680          * Check, whether we can keep the large page intact
 681          * and just change the pte:
 682          */
 683         do_split = try_preserve_large_page(kpte, address, cpa);
 684         /*
 685          * When the range fits into the existing large page,
 686          * return. cp->numpages and cpa->tlbflush have been updated in
 687          * try_large_page:
 688          */
 689         if (do_split <= 0)
 690                 return do_split;
 691
 692         /*
 693          * We have to split the large page:
 694          */
 695         err = split_large_page(kpte, address);
 696         if (!err) {
 697                 /*
 698                  * Do a global flush tlb after splitting the large page
 699                  * and before we do the actual change page attribute in the PTE.
 700                  *
 701                  * With out this, we violate the TLB application note, that says
 702                  * "The TLBs may contain both ordinary and large-page
 703                  *  translations for a 4-KByte range of linear addresses. This
 704                  *  may occur if software modifies the paging structures so that
 705                  *  the page size used for the address range changes. If the two
 706                  *  translations differ with respect to page frame or attributes
 707                  *  (e.g., permissions), processor behavior is undefined and may
 708                  *  be implementation-specific."
 709                  *
 710                  * We do this global tlb flush inside the cpa_lock, so that we
 711                  * don't allow any other cpu, with stale tlb entries change the
 712                  * page attribute in parallel, that also falls into the
 713                  * just split large page entry.
 714                  */
 715                 flush_tlb_all();
 716                 goto repeat;
 717         }
 718
 719         return err;
 720 }
 721
 722 static int __change_page_attr_set_clr(struct cpa_data *cpa, int checkalias);
 723
 724 static int cpa_process_alias(struct cpa_data *cpa)
 725 {
 726         struct cpa_data alias_cpa;
 727         unsigned long laddr = (unsigned long)__va(cpa->pfn << PAGE_SHIFT);
 728         unsigned long vaddr;
 729         int ret;
 730
 731         if (cpa->pfn >= max_pfn_mapped)
 732                 return 0;
 733
 734 #ifdef CONFIG_X86_64
 735         if (cpa->pfn >= max_low_pfn_mapped && cpa->pfn < (1UL<<(32-PAGE_SHIFT)))
 736                 return 0;
 737 #endif
 738         /*
 739          * No need to redo, when the primary call touched the direct
 740          * mapping already:
 741          */
 742         if (cpa->flags & CPA_PAGES_ARRAY) {
 743                 struct page *page = cpa->pages[cpa->curpage];
 744                 if (unlikely(PageHighMem(page)))
 745                         return 0;
 746                 vaddr = (unsigned long)page_address(page);
 747         } else if (cpa->flags & CPA_ARRAY)
 748                 vaddr = cpa->vaddr[cpa->curpage];
 749         else
 750                 vaddr = *cpa->vaddr;
 751
 752         if (!(within(vaddr, PAGE_OFFSET,
 753                     PAGE_OFFSET + (max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT)))) {
 754
 755                 alias_cpa = *cpa;
 756                 alias_cpa.vaddr = &laddr;
 757                 alias_cpa.flags &= ~(CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY);
 758
 759                 ret = __change_page_attr_set_clr(&alias_cpa, 0);
 760                 if (ret)
 761                         return ret;
 762         }
 763
 764 #ifdef CONFIG_X86_64
 765         /*
 766          * If the primary call didn't touch the high mapping already
 767          * and the physical address is inside the kernel map, we need
 768          * to touch the high mapped kernel as well:
 769          */
 770         if (!within(vaddr, (unsigned long)_text, _brk_end) &&
 771             within(cpa->pfn, highmap_start_pfn(), highmap_end_pfn())) {
 772                 unsigned long temp_cpa_vaddr = (cpa->pfn << PAGE_SHIFT) +
 773                                                __START_KERNEL_map - phys_base;
 774                 alias_cpa = *cpa;
 775                 alias_cpa.vaddr = &temp_cpa_vaddr;
 776                 alias_cpa.flags &= ~(CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY);
 777
 778                 /*
 779                  * The high mapping range is imprecise, so ignore the
 780                  * return value.
 781                  */
 782                 __change_page_attr_set_clr(&alias_cpa, 0);
 783         }
 784 #endif
 785
 786         return 0;
 787 }
 788
 789 static int __change_page_attr_set_clr(struct cpa_data *cpa, int checkalias)
 790 {
 791         int ret, numpages = cpa->numpages;
 792
 793         while (numpages) {
 794                 /*
 795                  * Store the remaining nr of pages for the large page
 796                  * preservation check.
 797                  */
 798                 cpa->numpages = numpages;
 799                 /* for array changes, we can't use large page */
 800                 if (cpa->flags & (CPA_ARRAY | CPA_PAGES_ARRAY))
 801                         cpa->numpages = 1;
 802
 803                 if (!debug_pagealloc)
 804                         spin_lock(&cpa_lock);
 805                 ret = __change_page_attr(cpa, checkalias);
 806                 if (!debug_pagealloc)
 807                         spin_unlock(&cpa_lock);
 808                 if (ret)
 809                         return ret;
 810
 811                 if (checkalias) {
 812                         ret = cpa_process_alias(cpa);
 813                         if (ret)
 814                                 return ret;
 815                 }
 816
 817                 /*
 818                  * Adjust the number of pages with the result of the
 819                  * CPA operation. Either a large page has been
 820                  * preserved or a single page update happened.
 821                  */
 822                 BUG_ON(cpa->numpages > numpages);
 823                 numpages -= cpa->numpages;
 824                 if (cpa->flags & (CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY))
 825                         cpa->curpage++;
 826                 else
 827                         *cpa->vaddr += cpa->numpages * PAGE_SIZE;
 828
 829         }
 830         return 0;
 831 }
 832
 833 static inline int cache_attr(pgprot_t attr)
 834 {
 835         return pgprot_val(attr) &
 836                 (_PAGE_PAT | _PAGE_PAT_LARGE | _PAGE_PWT | _PAGE_PCD);
 837 }
 838
 839 static int change_page_attr_set_clr(unsigned long *addr, int numpages,
 840                                     pgprot_t mask_set, pgprot_t mask_clr,
 841                                     int force_split, int in_flag,
 842                                     struct page **pages)
 843 {
 844         struct cpa_data cpa;
 845         int ret, cache, checkalias;
 846         unsigned long baddr = 0;
 847
 848         /*
 849          * Check, if we are requested to change a not supported
 850          * feature:
 851          */
 852         mask_set = canon_pgprot(mask_set);
 853         mask_clr = canon_pgprot(mask_clr);
 854         if (!pgprot_val(mask_set) && !pgprot_val(mask_clr) && !force_split)
 855                 return 0;
 856
 857         /* Ensure we are PAGE_SIZE aligned */
 858         if (in_flag & CPA_ARRAY) {
 859                 int i;
 860                 for (i = 0; i < numpages; i++) {
 861                         if (addr[i] & ~PAGE_MASK) {
 862                                 addr[i] &= PAGE_MASK;
 863                                 WARN_ON_ONCE(1);
 864                         }
 865                 }
 866         } else if (!(in_flag & CPA_PAGES_ARRAY)) {
 867                 /*
 868                  * in_flag of CPA_PAGES_ARRAY implies it is aligned.
 869                  * No need to cehck in that case
 870                  */
 871                 if (*addr & ~PAGE_MASK) {
 872                         *addr &= PAGE_MASK;
 873                         /*
 874                          * People should not be passing in unaligned addresses:
 875                          */
 876                         WARN_ON_ONCE(1);
 877                 }
 878                 /*
 879                  * Save address for cache flush. *addr is modified in the call
 880                  * to __change_page_attr_set_clr() below.
 881                  */
 882                 baddr = *addr;
 883         }
 884
 885         /* Must avoid aliasing mappings in the highmem code */
 886         kmap_flush_unused();
 887
 888         vm_unmap_aliases();
 889
 890         cpa.vaddr = addr;
 891         cpa.pages = pages;
 892         cpa.numpages = numpages;
 893         cpa.mask_set = mask_set;
 894         cpa.mask_clr = mask_clr;
 895         cpa.flags = 0;
 896         cpa.curpage = 0;
 897         cpa.force_split = force_split;
 898
 899         if (in_flag & (CPA_ARRAY | CPA_PAGES_ARRAY))
 900                 cpa.flags |= in_flag;
 901
 902         /* No alias checking for _NX bit modifications */
 903         checkalias = (pgprot_val(mask_set) | pgprot_val(mask_clr)) != _PAGE_NX;
 904
 905         ret = __change_page_attr_set_clr(&cpa, checkalias);
 906
 907         /*
 908          * Check whether we really changed something:
 909          */
 910         if (!(cpa.flags & CPA_FLUSHTLB))
 911                 goto out;
 912
 913         /*
 914          * No need to flush, when we did not set any of the caching
 915          * attributes:
 916          */
 917         cache = cache_attr(mask_set);
 918
 919         /*
 920          * On success we use clflush, when the CPU supports it to
 921          * avoid the wbindv. If the CPU does not support it and in the
 922          * error case we fall back to cpa_flush_all (which uses
 923          * wbindv):
 924          */
 925         if (!ret && cpu_has_clflush) {
 926                 if (cpa.flags & (CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY)) {
 927                         cpa_flush_array(addr, numpages, cache,
 928                                         cpa.flags, pages);
 929                 } else
 930                         cpa_flush_range(baddr, numpages, cache);
 931         } else
 932                 cpa_flush_all(cache);
 933
 934 out:
 935         return ret;
 936 }
 937
 938 static inline int change_page_attr_set(unsigned long *addr, int numpages,
 939                                        pgprot_t mask, int array)
 940 {
 941         return change_page_attr_set_clr(addr, numpages, mask, __pgprot(0), 0,
 942                 (array ? CPA_ARRAY : 0), NULL);
 943 }
 944
 945 static inline int change_page_attr_clear(unsigned long *addr, int numpages,
 946                                          pgprot_t mask, int array)
 947 {
 948         return change_page_attr_set_clr(addr, numpages, __pgprot(0), mask, 0,
 949                 (array ? CPA_ARRAY : 0), NULL);
 950 }
 951
 952 static inline int cpa_set_pages_array(struct page **pages, int numpages,
 953                                        pgprot_t mask)
 954 {
 955         return change_page_attr_set_clr(NULL, numpages, mask, __pgprot(0), 0,
 956                 CPA_PAGES_ARRAY, pages);
 957 }
 958
 959 static inline int cpa_clear_pages_array(struct page **pages, int numpages,
 960                                          pgprot_t mask)
 961 {
 962         return change_page_attr_set_clr(NULL, numpages, __pgprot(0), mask, 0,
 963                 CPA_PAGES_ARRAY, pages);
 964 }
 965
 966 int _set_memory_uc(unsigned long addr, int numpages)
 967 {
 968         /*
 969          * for now UC MINUS. see comments in ioremap_nocache()
 970          */
 971         return change_page_attr_set(&addr, numpages,
 972                                     __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS), 0);
 973 }
 974
 975 int set_memory_uc(unsigned long addr, int numpages)
 976 {
 977         int ret;
 978
 979         /*
 980          * for now UC MINUS. see comments in ioremap_nocache()
 981          */
 982         ret = reserve_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE,
 983                             _PAGE_CACHE_UC_MINUS, NULL);
 984         if (ret)
 985                 goto out_err;
 986
 987         ret = _set_memory_uc(addr, numpages);
 988         if (ret)
 989                 goto out_free;
 990
 991         return 0;
 992
 993 out_free:
 994         free_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE);
 995 out_err:
 996         return ret;
 997 }
 998 EXPORT_SYMBOL(set_memory_uc);
 999
1000 int set_memory_array_uc(unsigned long *addr, int addrinarray)
1001 {
1002         int i, j;
1003         int ret;
1004
1005         /*
1006          * for now UC MINUS. see comments in ioremap_nocache()
1007          */
1008         for (i = 0; i < addrinarray; i++) {
1009                 ret = reserve_memtype(__pa(addr[i]), __pa(addr[i]) + PAGE_SIZE,
1010                                         _PAGE_CACHE_UC_MINUS, NULL);
1011                 if (ret)
1012                         goto out_free;
1013         }
1014
1015         ret = change_page_attr_set(addr, addrinarray,
1016                                     __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS), 1);
1017         if (ret)
1018                 goto out_free;
1019
1020         return 0;
1021
1022 out_free:
1023         for (j = 0; j < i; j++)
1024                 free_memtype(__pa(addr[j]), __pa(addr[j]) + PAGE_SIZE);
1025
1026         return ret;
1027 }
1028 EXPORT_SYMBOL(set_memory_array_uc);
1029
1030 int _set_memory_wc(unsigned long addr, int numpages)
1031 {
1032         int ret;
1033         unsigned long addr_copy = addr;
1034
1035         ret = change_page_attr_set(&addr, numpages,
1036                                     __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS), 0);
1037         if (!ret) {
1038                 ret = change_page_attr_set_clr(&addr_copy, numpages,
1039                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_WC),
1040                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK),
1041                                                0, 0, NULL);
1042         }
1043         return ret;
1044 }
1045
1046 int set_memory_wc(unsigned long addr, int numpages)
1047 {
1048         int ret;
1049
1050         if (!pat_enabled)
1051                 return set_memory_uc(addr, numpages);
1052
1053         ret = reserve_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE,
1054                 _PAGE_CACHE_WC, NULL);
1055         if (ret)
1056                 goto out_err;
1057
1058         ret = _set_memory_wc(addr, numpages);
1059         if (ret)
1060                 goto out_free;
1061
1062         return 0;
1063
1064 out_free:
1065         free_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE);
1066 out_err:
1067         return ret;
1068 }
1069 EXPORT_SYMBOL(set_memory_wc);
1070
1071 int _set_memory_wb(unsigned long addr, int numpages)
1072 {
1073         return change_page_attr_clear(&addr, numpages,
1074                                       __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK), 0);
1075 }
1076
1077 int set_memory_wb(unsigned long addr, int numpages)
1078 {
1079         int ret;
1080
1081         ret = _set_memory_wb(addr, numpages);
1082         if (ret)
1083                 return ret;
1084
1085         free_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE);
1086         return 0;
1087 }
1088 EXPORT_SYMBOL(set_memory_wb);
1089
1090 int set_memory_array_wb(unsigned long *addr, int addrinarray)
1091 {
1092         int i;
1093         int ret;
1094
1095         ret = change_page_attr_clear(addr, addrinarray,
1096                                       __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK), 1);
1097         if (ret)
1098                 return ret;
1099
1100         for (i = 0; i < addrinarray; i++)
1101                 free_memtype(__pa(addr[i]), __pa(addr[i]) + PAGE_SIZE);
1102
1103         return 0;
1104 }
1105 EXPORT_SYMBOL(set_memory_array_wb);
1106
1107 int set_memory_x(unsigned long addr, int numpages)
1108 {
1109         if (!(__supported_pte_mask & _PAGE_NX))
1110                 return 0;
1111
1112         return change_page_attr_clear(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_NX), 0);
1113 }
1114 EXPORT_SYMBOL(set_memory_x);
1115
1116 int set_memory_nx(unsigned long addr, int numpages)
1117 {
1118         if (!(__supported_pte_mask & _PAGE_NX))
1119                 return 0;
1120
1121         return change_page_attr_set(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_NX), 0);
1122 }
1123 EXPORT_SYMBOL(set_memory_nx);
1124
1125 int set_memory_ro(unsigned long addr, int numpages)
1126 {
1127         return change_page_attr_clear(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_RW), 0);
1128 }
1129 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_memory_ro);
1130
1131 int set_memory_rw(unsigned long addr, int numpages)
1132 {
1133         return change_page_attr_set(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_RW), 0);
1134 }
1135 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_memory_rw);
1136
1137 int set_memory_np(unsigned long addr, int numpages)
1138 {
1139         return change_page_attr_clear(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_PRESENT), 0);
1140 }
1141
1142 int set_memory_4k(unsigned long addr, int numpages)
1143 {
1144         return change_page_attr_set_clr(&addr, numpages, __pgprot(0),
1145                                         __pgprot(0), 1, 0, NULL);
1146 }
1147
1148 int set_pages_uc(struct page *page, int numpages)
1149 {
1150         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1151
1152         return set_memory_uc(addr, numpages);
1153 }
1154 EXPORT_SYMBOL(set_pages_uc);
1155
1156 int set_pages_array_uc(struct page **pages, int addrinarray)
1157 {
1158         unsigned long start;
1159         unsigned long end;
1160         int i;
1161         int free_idx;
1162
1163         for (i = 0; i < addrinarray; i++) {
1164                 if (PageHighMem(pages[i]))
1165                         continue;
1166                 start = page_to_pfn(pages[i]) << PAGE_SHIFT;
1167                 end = start + PAGE_SIZE;
1168                 if (reserve_memtype(start, end, _PAGE_CACHE_UC_MINUS, NULL))
1169                         goto err_out;
1170         }
1171
1172         if (cpa_set_pages_array(pages, addrinarray,
1173                         __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS)) == 0) {
1174                 return 0; /* Success */
1175         }
1176 err_out:
1177         free_idx = i;
1178         for (i = 0; i < free_idx; i++) {
1179                 if (PageHighMem(pages[i]))
1180                         continue;
1181                 start = page_to_pfn(pages[i]) << PAGE_SHIFT;
1182                 end = start + PAGE_SIZE;
1183                 free_memtype(start, end);
1184         }
1185         return -EINVAL;
1186 }
1187 EXPORT_SYMBOL(set_pages_array_uc);
1188
1189 int set_pages_wb(struct page *page, int numpages)
1190 {
1191         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1192
1193         return set_memory_wb(addr, numpages);
1194 }
1195 EXPORT_SYMBOL(set_pages_wb);
1196
1197 int set_pages_array_wb(struct page **pages, int addrinarray)
1198 {
1199         int retval;
1200         unsigned long start;
1201         unsigned long end;
1202         int i;
1203
1204         retval = cpa_clear_pages_array(pages, addrinarray,
1205                         __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK));
1206         if (retval)
1207                 return retval;
1208
1209         for (i = 0; i < addrinarray; i++) {
1210                 if (PageHighMem(pages[i]))
1211                         continue;
1212                 start = page_to_pfn(pages[i]) << PAGE_SHIFT;
1213                 end = start + PAGE_SIZE;
1214                 free_memtype(start, end);
1215         }
1216
1217         return 0;
1218 }
1219 EXPORT_SYMBOL(set_pages_array_wb);
1220
1221 int set_pages_x(struct page *page, int numpages)
1222 {
1223         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1224
1225         return set_memory_x(addr, numpages);
1226 }
1227 EXPORT_SYMBOL(set_pages_x);
1228
1229 int set_pages_nx(struct page *page, int numpages)
1230 {
1231         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1232
1233         return set_memory_nx(addr, numpages);
1234 }
1235 EXPORT_SYMBOL(set_pages_nx);
1236
1237 int set_pages_ro(struct page *page, int numpages)
1238 {
1239         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1240
1241         return set_memory_ro(addr, numpages);
1242 }
1243
1244 int set_pages_rw(struct page *page, int numpages)
1245 {
1246         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1247
1248         return set_memory_rw(addr, numpages);
1249 }
1250
1251 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1252
1253 static int __set_pages_p(struct page *page, int numpages)
1254 {
1255         unsigned long tempaddr = (unsigned long) page_address(page);
1256         struct cpa_data cpa = { .vaddr = &tempaddr,
1257                                 .numpages = numpages,
1258                                 .mask_set = __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW),
1259                                 .mask_clr = __pgprot(0),
1260                                 .flags = 0};
1261
1262         /*
1263          * No alias checking needed for setting present flag. otherwise,
1264          * we may need to break large pages for 64-bit kernel text
1265          * mappings (this adds to complexity if we want to do this from
1266          * atomic context especially). Let's keep it simple!
1267          */
1268         return __change_page_attr_set_clr(&cpa, 0);
1269 }
1270
1271 static int __set_pages_np(struct page *page, int numpages)
1272 {
1273         unsigned long tempaddr = (unsigned long) page_address(page);
1274         struct cpa_data cpa = { .vaddr = &tempaddr,
1275                                 .numpages = numpages,
1276                                 .mask_set = __pgprot(0),
1277                                 .mask_clr = __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW),
1278                                 .flags = 0};
1279
1280         /*
1281          * No alias checking needed for setting not present flag. otherwise,
1282          * we may need to break large pages for 64-bit kernel text
1283          * mappings (this adds to complexity if we want to do this from
1284          * atomic context especially). Let's keep it simple!
1285          */
1286         return __change_page_attr_set_clr(&cpa, 0);
1287 }
1288
1289 void kernel_map_pages(struct page *page, int numpages, int enable)
1290 {
1291         if (PageHighMem(page))
1292                 return;
1293         if (!enable) {
1294                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1295                                            numpages * PAGE_SIZE);
1296         }
1297
1298         /*
1299          * If page allocator is not up yet then do not call c_p_a():
1300          */
1301         if (!debug_pagealloc_enabled)
1302                 return;
1303
1304         /*
1305          * The return value is ignored as the calls cannot fail.
1306          * Large pages for identity mappings are not used at boot time
1307          * and hence no memory allocations during large page split.
1308          */
1309         if (enable)
1310                 __set_pages_p(page, numpages);
1311         else
1312                 __set_pages_np(page, numpages);
1313
1314         /*
1315          * We should perform an IPI and flush all tlbs,
1316          * but that can deadlock->flush only current cpu:
1317          */
1318         __flush_tlb_all();
1319 }
1320
1321 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1322
1323 bool kernel_page_present(struct page *page)
1324 {
1325         unsigned int level;
1326         pte_t *pte;
1327
1328         if (PageHighMem(page))
1329                 return false;
1330
1331         pte = lookup_address((unsigned long)page_address(page), &level);
1332         return (pte_val(*pte) & _PAGE_PRESENT);
1333 }
1334
1335 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
1336
1337 #endif /* CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC */
1338
1339 /*
1340  * The testcases use internal knowledge of the implementation that shouldn't
1341  * be exposed to the rest of the kernel. Include these directly here.
1342  */
1343 #ifdef CONFIG_CPA_DEBUG
1344 #include "pageattr-test.c"
1345 #endif