xen: refactor xen_{alloc,release}_{pt,pd}()
[sfrench/cifs-2.6.git] / arch / x86 / xen / mmu.c
1 /*
2  * Xen mmu operations
3  *
4  * This file contains the various mmu fetch and update operations.
5  * The most important job they must perform is the mapping between the
6  * domain's pfn and the overall machine mfns.
7  *
8  * Xen allows guests to directly update the pagetable, in a controlled
9  * fashion.  In other words, the guest modifies the same pagetable
10  * that the CPU actually uses, which eliminates the overhead of having
11  * a separate shadow pagetable.
12  *
13  * In order to allow this, it falls on the guest domain to map its
14  * notion of a "physical" pfn - which is just a domain-local linear
15  * address - into a real "machine address" which the CPU's MMU can
16  * use.
17  *
18  * A pgd_t/pmd_t/pte_t will typically contain an mfn, and so can be
19  * inserted directly into the pagetable.  When creating a new
20  * pte/pmd/pgd, it converts the passed pfn into an mfn.  Conversely,
21  * when reading the content back with __(pgd|pmd|pte)_val, it converts
22  * the mfn back into a pfn.
23  *
24  * The other constraint is that all pages which make up a pagetable
25  * must be mapped read-only in the guest.  This prevents uncontrolled
26  * guest updates to the pagetable.  Xen strictly enforces this, and
27  * will disallow any pagetable update which will end up mapping a
28  * pagetable page RW, and will disallow using any writable page as a
29  * pagetable.
30  *
31  * Naively, when loading %cr3 with the base of a new pagetable, Xen
32  * would need to validate the whole pagetable before going on.
33  * Naturally, this is quite slow.  The solution is to "pin" a
34  * pagetable, which enforces all the constraints on the pagetable even
35  * when it is not actively in use.  This menas that Xen can be assured
36  * that it is still valid when you do load it into %cr3, and doesn't
37  * need to revalidate it.
38  *
39  * Jeremy Fitzhardinge <jeremy@xensource.com>, XenSource Inc, 2007
40  */
41 #include <linux/sched.h>
42 #include <linux/highmem.h>
43 #include <linux/bug.h>
44
45 #include <asm/pgtable.h>
46 #include <asm/tlbflush.h>
47 #include <asm/mmu_context.h>
48 #include <asm/paravirt.h>
49
50 #include <asm/xen/hypercall.h>
51 #include <asm/xen/hypervisor.h>
52
53 #include <xen/page.h>
54 #include <xen/interface/xen.h>
55
56 #include "multicalls.h"
57 #include "mmu.h"
58
59 xmaddr_t arbitrary_virt_to_machine(unsigned long address)
60 {
61         unsigned int level;
62         pte_t *pte = lookup_address(address, &level);
63         unsigned offset = address & PAGE_MASK;
64
65         BUG_ON(pte == NULL);
66
67         return XMADDR((pte_mfn(*pte) << PAGE_SHIFT) + offset);
68 }
69
70 void make_lowmem_page_readonly(void *vaddr)
71 {
72         pte_t *pte, ptev;
73         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
74         unsigned int level;
75
76         pte = lookup_address(address, &level);
77         BUG_ON(pte == NULL);
78
79         ptev = pte_wrprotect(*pte);
80
81         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
82                 BUG();
83 }
84
85 void make_lowmem_page_readwrite(void *vaddr)
86 {
87         pte_t *pte, ptev;
88         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
89         unsigned int level;
90
91         pte = lookup_address(address, &level);
92         BUG_ON(pte == NULL);
93
94         ptev = pte_mkwrite(*pte);
95
96         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
97                 BUG();
98 }
99
100
101 void xen_set_pmd(pmd_t *ptr, pmd_t val)
102 {
103         struct multicall_space mcs;
104         struct mmu_update *u;
105
106         preempt_disable();
107
108         mcs = xen_mc_entry(sizeof(*u));
109         u = mcs.args;
110         u->ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
111         u->val = pmd_val_ma(val);
112         MULTI_mmu_update(mcs.mc, u, 1, NULL, DOMID_SELF);
113
114         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
115
116         preempt_enable();
117 }
118
119 /*
120  * Associate a virtual page frame with a given physical page frame
121  * and protection flags for that frame.
122  */
123 void set_pte_mfn(unsigned long vaddr, unsigned long mfn, pgprot_t flags)
124 {
125         pgd_t *pgd;
126         pud_t *pud;
127         pmd_t *pmd;
128         pte_t *pte;
129
130         pgd = swapper_pg_dir + pgd_index(vaddr);
131         if (pgd_none(*pgd)) {
132                 BUG();
133                 return;
134         }
135         pud = pud_offset(pgd, vaddr);
136         if (pud_none(*pud)) {
137                 BUG();
138                 return;
139         }
140         pmd = pmd_offset(pud, vaddr);
141         if (pmd_none(*pmd)) {
142                 BUG();
143                 return;
144         }
145         pte = pte_offset_kernel(pmd, vaddr);
146         /* <mfn,flags> stored as-is, to permit clearing entries */
147         xen_set_pte(pte, mfn_pte(mfn, flags));
148
149         /*
150          * It's enough to flush this one mapping.
151          * (PGE mappings get flushed as well)
152          */
153         __flush_tlb_one(vaddr);
154 }
155
156 void xen_set_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
157                     pte_t *ptep, pte_t pteval)
158 {
159         if (mm == current->mm || mm == &init_mm) {
160                 if (paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU) {
161                         struct multicall_space mcs;
162                         mcs = xen_mc_entry(0);
163
164                         MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, addr, pteval, 0);
165                         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
166                         return;
167                 } else
168                         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(addr, pteval, 0) == 0)
169                                 return;
170         }
171         xen_set_pte(ptep, pteval);
172 }
173
174 #ifdef CONFIG_X86_PAE
175 void xen_set_pud(pud_t *ptr, pud_t val)
176 {
177         struct multicall_space mcs;
178         struct mmu_update *u;
179
180         preempt_disable();
181
182         mcs = xen_mc_entry(sizeof(*u));
183         u = mcs.args;
184         u->ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
185         u->val = pud_val_ma(val);
186         MULTI_mmu_update(mcs.mc, u, 1, NULL, DOMID_SELF);
187
188         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
189
190         preempt_enable();
191 }
192
193 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
194 {
195         ptep->pte_high = pte.pte_high;
196         smp_wmb();
197         ptep->pte_low = pte.pte_low;
198 }
199
200 void xen_set_pte_atomic(pte_t *ptep, pte_t pte)
201 {
202         set_64bit((u64 *)ptep, pte_val_ma(pte));
203 }
204
205 void xen_pte_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
206 {
207         ptep->pte_low = 0;
208         smp_wmb();              /* make sure low gets written first */
209         ptep->pte_high = 0;
210 }
211
212 void xen_pmd_clear(pmd_t *pmdp)
213 {
214         xen_set_pmd(pmdp, __pmd(0));
215 }
216
217 unsigned long long xen_pte_val(pte_t pte)
218 {
219         unsigned long long ret = 0;
220
221         if (pte.pte_low) {
222                 ret = ((unsigned long long)pte.pte_high << 32) | pte.pte_low;
223                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
224         }
225
226         return ret;
227 }
228
229 unsigned long long xen_pmd_val(pmd_t pmd)
230 {
231         unsigned long long ret = pmd.pmd;
232         if (ret)
233                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
234         return ret;
235 }
236
237 unsigned long long xen_pgd_val(pgd_t pgd)
238 {
239         unsigned long long ret = pgd.pgd;
240         if (ret)
241                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
242         return ret;
243 }
244
245 pte_t xen_make_pte(unsigned long long pte)
246 {
247         if (pte & _PAGE_PRESENT) {
248                 pte = phys_to_machine(XPADDR(pte)).maddr;
249                 pte &= ~(_PAGE_PCD | _PAGE_PWT);
250         }
251
252         return (pte_t){ .pte = pte };
253 }
254
255 pmd_t xen_make_pmd(unsigned long long pmd)
256 {
257         if (pmd & 1)
258                 pmd = phys_to_machine(XPADDR(pmd)).maddr;
259
260         return (pmd_t){ pmd };
261 }
262
263 pgd_t xen_make_pgd(unsigned long long pgd)
264 {
265         if (pgd & _PAGE_PRESENT)
266                 pgd = phys_to_machine(XPADDR(pgd)).maddr;
267
268         return (pgd_t){ pgd };
269 }
270 #else  /* !PAE */
271 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
272 {
273         *ptep = pte;
274 }
275
276 unsigned long xen_pte_val(pte_t pte)
277 {
278         unsigned long ret = pte.pte_low;
279
280         if (ret & _PAGE_PRESENT)
281                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr;
282
283         return ret;
284 }
285
286 unsigned long xen_pgd_val(pgd_t pgd)
287 {
288         unsigned long ret = pgd.pgd;
289         if (ret)
290                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
291         return ret;
292 }
293
294 pte_t xen_make_pte(unsigned long pte)
295 {
296         if (pte & _PAGE_PRESENT) {
297                 pte = phys_to_machine(XPADDR(pte)).maddr;
298                 pte &= ~(_PAGE_PCD | _PAGE_PWT);
299         }
300
301         return (pte_t){ pte };
302 }
303
304 pgd_t xen_make_pgd(unsigned long pgd)
305 {
306         if (pgd & _PAGE_PRESENT)
307                 pgd = phys_to_machine(XPADDR(pgd)).maddr;
308
309         return (pgd_t){ pgd };
310 }
311 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
312
313 /*
314   (Yet another) pagetable walker.  This one is intended for pinning a
315   pagetable.  This means that it walks a pagetable and calls the
316   callback function on each page it finds making up the page table,
317   at every level.  It walks the entire pagetable, but it only bothers
318   pinning pte pages which are below pte_limit.  In the normal case
319   this will be TASK_SIZE, but at boot we need to pin up to
320   FIXADDR_TOP.  But the important bit is that we don't pin beyond
321   there, because then we start getting into Xen's ptes.
322 */
323 static int pgd_walk(pgd_t *pgd_base, int (*func)(struct page *, enum pt_level),
324                     unsigned long limit)
325 {
326         pgd_t *pgd = pgd_base;
327         int flush = 0;
328         unsigned long addr = 0;
329         unsigned long pgd_next;
330
331         BUG_ON(limit > FIXADDR_TOP);
332
333         if (xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap))
334                 return 0;
335
336         for (; addr != FIXADDR_TOP; pgd++, addr = pgd_next) {
337                 pud_t *pud;
338                 unsigned long pud_limit, pud_next;
339
340                 pgd_next = pud_limit = pgd_addr_end(addr, FIXADDR_TOP);
341
342                 if (!pgd_val(*pgd))
343                         continue;
344
345                 pud = pud_offset(pgd, 0);
346
347                 if (PTRS_PER_PUD > 1) /* not folded */
348                         flush |= (*func)(virt_to_page(pud), PT_PUD);
349
350                 for (; addr != pud_limit; pud++, addr = pud_next) {
351                         pmd_t *pmd;
352                         unsigned long pmd_limit;
353
354                         pud_next = pud_addr_end(addr, pud_limit);
355
356                         if (pud_next < limit)
357                                 pmd_limit = pud_next;
358                         else
359                                 pmd_limit = limit;
360
361                         if (pud_none(*pud))
362                                 continue;
363
364                         pmd = pmd_offset(pud, 0);
365
366                         if (PTRS_PER_PMD > 1) /* not folded */
367                                 flush |= (*func)(virt_to_page(pmd), PT_PMD);
368
369                         for (; addr != pmd_limit; pmd++) {
370                                 addr += (PAGE_SIZE * PTRS_PER_PTE);
371                                 if ((pmd_limit-1) < (addr-1)) {
372                                         addr = pmd_limit;
373                                         break;
374                                 }
375
376                                 if (pmd_none(*pmd))
377                                         continue;
378
379                                 flush |= (*func)(pmd_page(*pmd), PT_PTE);
380                         }
381                 }
382         }
383
384         flush |= (*func)(virt_to_page(pgd_base), PT_PGD);
385
386         return flush;
387 }
388
389 static spinlock_t *lock_pte(struct page *page)
390 {
391         spinlock_t *ptl = NULL;
392
393 #if NR_CPUS >= CONFIG_SPLIT_PTLOCK_CPUS
394         ptl = __pte_lockptr(page);
395         spin_lock(ptl);
396 #endif
397
398         return ptl;
399 }
400
401 static void do_unlock(void *v)
402 {
403         spinlock_t *ptl = v;
404         spin_unlock(ptl);
405 }
406
407 static void xen_do_pin(unsigned level, unsigned long pfn)
408 {
409         struct mmuext_op *op;
410         struct multicall_space mcs;
411
412         mcs = __xen_mc_entry(sizeof(*op));
413         op = mcs.args;
414         op->cmd = level;
415         op->arg1.mfn = pfn_to_mfn(pfn);
416         MULTI_mmuext_op(mcs.mc, op, 1, NULL, DOMID_SELF);
417 }
418
419 static int pin_page(struct page *page, enum pt_level level)
420 {
421         unsigned pgfl = test_and_set_bit(PG_pinned, &page->flags);
422         int flush;
423
424         if (pgfl)
425                 flush = 0;              /* already pinned */
426         else if (PageHighMem(page))
427                 /* kmaps need flushing if we found an unpinned
428                    highpage */
429                 flush = 1;
430         else {
431                 void *pt = lowmem_page_address(page);
432                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
433                 struct multicall_space mcs = __xen_mc_entry(0);
434                 spinlock_t *ptl;
435
436                 flush = 0;
437
438                 ptl = NULL;
439                 if (level == PT_PTE)
440                         ptl = lock_pte(page);
441
442                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
443                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_RO),
444                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
445
446                 if (level == PT_PTE)
447                         xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L1_TABLE, pfn);
448
449                 if (ptl) {
450                         /* Queue a deferred unlock for when this batch
451                            is completed. */
452                         xen_mc_callback(do_unlock, ptl);
453                 }
454         }
455
456         return flush;
457 }
458
459 /* This is called just after a mm has been created, but it has not
460    been used yet.  We need to make sure that its pagetable is all
461    read-only, and can be pinned. */
462 void xen_pgd_pin(pgd_t *pgd)
463 {
464         unsigned level;
465
466         xen_mc_batch();
467
468         if (pgd_walk(pgd, pin_page, TASK_SIZE)) {
469                 /* re-enable interrupts for kmap_flush_unused */
470                 xen_mc_issue(0);
471                 kmap_flush_unused();
472                 xen_mc_batch();
473         }
474
475 #ifdef CONFIG_X86_PAE
476         level = MMUEXT_PIN_L3_TABLE;
477 #else
478         level = MMUEXT_PIN_L2_TABLE;
479 #endif
480
481         xen_do_pin(level, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
482
483         xen_mc_issue(0);
484 }
485
486 /* The init_mm pagetable is really pinned as soon as its created, but
487    that's before we have page structures to store the bits.  So do all
488    the book-keeping now. */
489 static __init int mark_pinned(struct page *page, enum pt_level level)
490 {
491         SetPagePinned(page);
492         return 0;
493 }
494
495 void __init xen_mark_init_mm_pinned(void)
496 {
497         pgd_walk(init_mm.pgd, mark_pinned, FIXADDR_TOP);
498 }
499
500 static int unpin_page(struct page *page, enum pt_level level)
501 {
502         unsigned pgfl = test_and_clear_bit(PG_pinned, &page->flags);
503
504         if (pgfl && !PageHighMem(page)) {
505                 void *pt = lowmem_page_address(page);
506                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
507                 spinlock_t *ptl = NULL;
508                 struct multicall_space mcs;
509
510                 if (level == PT_PTE) {
511                         ptl = lock_pte(page);
512
513                         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, pfn);
514                 }
515
516                 mcs = __xen_mc_entry(0);
517
518                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
519                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL),
520                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
521
522                 if (ptl) {
523                         /* unlock when batch completed */
524                         xen_mc_callback(do_unlock, ptl);
525                 }
526         }
527
528         return 0;               /* never need to flush on unpin */
529 }
530
531 /* Release a pagetables pages back as normal RW */
532 static void xen_pgd_unpin(pgd_t *pgd)
533 {
534         xen_mc_batch();
535
536         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
537
538         pgd_walk(pgd, unpin_page, TASK_SIZE);
539
540         xen_mc_issue(0);
541 }
542
543 void xen_activate_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
544 {
545         spin_lock(&next->page_table_lock);
546         xen_pgd_pin(next->pgd);
547         spin_unlock(&next->page_table_lock);
548 }
549
550 void xen_dup_mmap(struct mm_struct *oldmm, struct mm_struct *mm)
551 {
552         spin_lock(&mm->page_table_lock);
553         xen_pgd_pin(mm->pgd);
554         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
555 }
556
557
558 #ifdef CONFIG_SMP
559 /* Another cpu may still have their %cr3 pointing at the pagetable, so
560    we need to repoint it somewhere else before we can unpin it. */
561 static void drop_other_mm_ref(void *info)
562 {
563         struct mm_struct *mm = info;
564
565         if (__get_cpu_var(cpu_tlbstate).active_mm == mm)
566                 leave_mm(smp_processor_id());
567
568         /* If this cpu still has a stale cr3 reference, then make sure
569            it has been flushed. */
570         if (x86_read_percpu(xen_current_cr3) == __pa(mm->pgd)) {
571                 load_cr3(swapper_pg_dir);
572                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
573         }
574 }
575
576 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
577 {
578         cpumask_t mask;
579         unsigned cpu;
580
581         if (current->active_mm == mm) {
582                 if (current->mm == mm)
583                         load_cr3(swapper_pg_dir);
584                 else
585                         leave_mm(smp_processor_id());
586                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
587         }
588
589         /* Get the "official" set of cpus referring to our pagetable. */
590         mask = mm->cpu_vm_mask;
591
592         /* It's possible that a vcpu may have a stale reference to our
593            cr3, because its in lazy mode, and it hasn't yet flushed
594            its set of pending hypercalls yet.  In this case, we can
595            look at its actual current cr3 value, and force it to flush
596            if needed. */
597         for_each_online_cpu(cpu) {
598                 if (per_cpu(xen_current_cr3, cpu) == __pa(mm->pgd))
599                         cpu_set(cpu, mask);
600         }
601
602         if (!cpus_empty(mask))
603                 xen_smp_call_function_mask(mask, drop_other_mm_ref, mm, 1);
604 }
605 #else
606 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
607 {
608         if (current->active_mm == mm)
609                 load_cr3(swapper_pg_dir);
610 }
611 #endif
612
613 /*
614  * While a process runs, Xen pins its pagetables, which means that the
615  * hypervisor forces it to be read-only, and it controls all updates
616  * to it.  This means that all pagetable updates have to go via the
617  * hypervisor, which is moderately expensive.
618  *
619  * Since we're pulling the pagetable down, we switch to use init_mm,
620  * unpin old process pagetable and mark it all read-write, which
621  * allows further operations on it to be simple memory accesses.
622  *
623  * The only subtle point is that another CPU may be still using the
624  * pagetable because of lazy tlb flushing.  This means we need need to
625  * switch all CPUs off this pagetable before we can unpin it.
626  */
627 void xen_exit_mmap(struct mm_struct *mm)
628 {
629         get_cpu();              /* make sure we don't move around */
630         drop_mm_ref(mm);
631         put_cpu();
632
633         spin_lock(&mm->page_table_lock);
634
635         /* pgd may not be pinned in the error exit path of execve */
636         if (PagePinned(virt_to_page(mm->pgd)))
637                 xen_pgd_unpin(mm->pgd);
638
639         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
640 }