kernel/memremap.c

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
   2 /* Copyright(c) 2015 Intel Corporation. All rights reserved. */
   3 #include <linux/device.h>
   4 #include <linux/io.h>
   5 #include <linux/kasan.h>
   6 #include <linux/memory_hotplug.h>
   7 #include <linux/mm.h>
   8 #include <linux/pfn_t.h>
   9 #include <linux/swap.h>
  10 #include <linux/swapops.h>
  11 #include <linux/types.h>
  12 #include <linux/wait_bit.h>
  13 #include <linux/xarray.h>
  14 #include <linux/hmm.h>
  15
  16 static DEFINE_XARRAY(pgmap_array);
  17 #define SECTION_MASK ~((1UL << PA_SECTION_SHIFT) - 1)
  18 #define SECTION_SIZE (1UL << PA_SECTION_SHIFT)
  19
  20 #if IS_ENABLED(CONFIG_DEVICE_PRIVATE)
  21 vm_fault_t device_private_entry_fault(struct vm_area_struct *vma,
  22                        unsigned long addr,
  23                        swp_entry_t entry,
  24                        unsigned int flags,
  25                        pmd_t *pmdp)
  26 {
  27         struct page *page = device_private_entry_to_page(entry);
  28         struct hmm_devmem *devmem;
  29
  30         devmem = container_of(page->pgmap, typeof(*devmem), pagemap);
  31
  32         /*
  33          * The page_fault() callback must migrate page back to system memory
  34          * so that CPU can access it. This might fail for various reasons
  35          * (device issue, device was unsafely unplugged, ...). When such
  36          * error conditions happen, the callback must return VM_FAULT_SIGBUS.
  37          *
  38          * Note that because memory cgroup charges are accounted to the device
  39          * memory, this should never fail because of memory restrictions (but
  40          * allocation of regular system page might still fail because we are
  41          * out of memory).
  42          *
  43          * There is a more in-depth description of what that callback can and
  44          * cannot do, in include/linux/memremap.h
  45          */
  46         return devmem->page_fault(vma, addr, page, flags, pmdp);
  47 }
  48 EXPORT_SYMBOL(device_private_entry_fault);
  49 #endif /* CONFIG_DEVICE_PRIVATE */
  50
  51 static void pgmap_array_delete(struct resource *res)
  52 {
  53         xa_store_range(&pgmap_array, PHYS_PFN(res->start), PHYS_PFN(res->end),
  54                         NULL, GFP_KERNEL);
  55         synchronize_rcu();
  56 }
  57
  58 static unsigned long pfn_first(struct dev_pagemap *pgmap)
  59 {
  60         const struct resource *res = &pgmap->res;
  61         struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
  62         unsigned long pfn;
  63
  64         pfn = res->start >> PAGE_SHIFT;
  65         if (pgmap->altmap_valid)
  66                 pfn += vmem_altmap_offset(altmap);
  67         return pfn;
  68 }
  69
  70 static unsigned long pfn_end(struct dev_pagemap *pgmap)
  71 {
  72         const struct resource *res = &pgmap->res;
  73
  74         return (res->start + resource_size(res)) >> PAGE_SHIFT;
  75 }
  76
  77 static unsigned long pfn_next(unsigned long pfn)
  78 {
  79         if (pfn % 1024 == 0)
  80                 cond_resched();
  81         return pfn + 1;
  82 }
  83
  84 #define for_each_device_pfn(pfn, map) \
  85         for (pfn = pfn_first(map); pfn < pfn_end(map); pfn = pfn_next(pfn))
  86
  87 static void devm_memremap_pages_release(void *data)
  88 {
  89         struct dev_pagemap *pgmap = data;
  90         struct device *dev = pgmap->dev;
  91         struct resource *res = &pgmap->res;
  92         resource_size_t align_start, align_size;
  93         unsigned long pfn;
  94         int nid;
  95
  96         pgmap->kill(pgmap->ref);
  97         for_each_device_pfn(pfn, pgmap)
  98                 put_page(pfn_to_page(pfn));
  99
 100         /* pages are dead and unused, undo the arch mapping */
 101         align_start = res->start & ~(SECTION_SIZE - 1);
 102         align_size = ALIGN(res->start + resource_size(res), SECTION_SIZE)
 103                 - align_start;
 104
 105         nid = page_to_nid(pfn_to_page(align_start >> PAGE_SHIFT));
 106
 107         mem_hotplug_begin();
 108         if (pgmap->type == MEMORY_DEVICE_PRIVATE) {
 109                 pfn = align_start >> PAGE_SHIFT;
 110                 __remove_pages(page_zone(pfn_to_page(pfn)), pfn,
 111                                 align_size >> PAGE_SHIFT, NULL);
 112         } else {
 113                 arch_remove_memory(nid, align_start, align_size,
 114                                 pgmap->altmap_valid ? &pgmap->altmap : NULL);
 115                 kasan_remove_zero_shadow(__va(align_start), align_size);
 116         }
 117         mem_hotplug_done();
 118
 119         untrack_pfn(NULL, PHYS_PFN(align_start), align_size);
 120         pgmap_array_delete(res);
 121         dev_WARN_ONCE(dev, pgmap->altmap.alloc,
 122                       "%s: failed to free all reserved pages\n", __func__);
 123 }
 124
 125 /**
 126  * devm_memremap_pages - remap and provide memmap backing for the given resource
 127  * @dev: hosting device for @res
 128  * @pgmap: pointer to a struct dev_pagemap
 129  *
 130  * Notes:
 131  * 1/ At a minimum the res, ref and type members of @pgmap must be initialized
 132  *    by the caller before passing it to this function
 133  *
 134  * 2/ The altmap field may optionally be initialized, in which case altmap_valid
 135  *    must be set to true
 136  *
 137  * 3/ pgmap->ref must be 'live' on entry and will be killed at
 138  *    devm_memremap_pages_release() time, or if this routine fails.
 139  *
 140  * 4/ res is expected to be a host memory range that could feasibly be
 141  *    treated as a "System RAM" range, i.e. not a device mmio range, but
 142  *    this is not enforced.
 143  */
 144 void *devm_memremap_pages(struct device *dev, struct dev_pagemap *pgmap)
 145 {
 146         resource_size_t align_start, align_size, align_end;
 147         struct vmem_altmap *altmap = pgmap->altmap_valid ?
 148                         &pgmap->altmap : NULL;
 149         struct resource *res = &pgmap->res;
 150         struct dev_pagemap *conflict_pgmap;
 151         pgprot_t pgprot = PAGE_KERNEL;
 152         int error, nid, is_ram;
 153
 154         if (!pgmap->ref || !pgmap->kill)
 155                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 156
 157         align_start = res->start & ~(SECTION_SIZE - 1);
 158         align_size = ALIGN(res->start + resource_size(res), SECTION_SIZE)
 159                 - align_start;
 160         align_end = align_start + align_size - 1;
 161
 162         conflict_pgmap = get_dev_pagemap(PHYS_PFN(align_start), NULL);
 163         if (conflict_pgmap) {
 164                 dev_WARN(dev, "Conflicting mapping in same section\n");
 165                 put_dev_pagemap(conflict_pgmap);
 166                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 167         }
 168
 169         conflict_pgmap = get_dev_pagemap(PHYS_PFN(align_end), NULL);
 170         if (conflict_pgmap) {
 171                 dev_WARN(dev, "Conflicting mapping in same section\n");
 172                 put_dev_pagemap(conflict_pgmap);
 173                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 174         }
 175
 176         is_ram = region_intersects(align_start, align_size,
 177                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE);
 178
 179         if (is_ram != REGION_DISJOINT) {
 180                 WARN_ONCE(1, "%s attempted on %s region %pr\n", __func__,
 181                                 is_ram == REGION_MIXED ? "mixed" : "ram", res);
 182                 error = -ENXIO;
 183                 goto err_array;
 184         }
 185
 186         pgmap->dev = dev;
 187
 188         error = xa_err(xa_store_range(&pgmap_array, PHYS_PFN(res->start),
 189                                 PHYS_PFN(res->end), pgmap, GFP_KERNEL));
 190         if (error)
 191                 goto err_array;
 192
 193         nid = dev_to_node(dev);
 194         if (nid < 0)
 195                 nid = numa_mem_id();
 196
 197         error = track_pfn_remap(NULL, &pgprot, PHYS_PFN(align_start), 0,
 198                         align_size);
 199         if (error)
 200                 goto err_pfn_remap;
 201
 202         mem_hotplug_begin();
 203
 204         /*
 205          * For device private memory we call add_pages() as we only need to
 206          * allocate and initialize struct page for the device memory. More-
 207          * over the device memory is un-accessible thus we do not want to
 208          * create a linear mapping for the memory like arch_add_memory()
 209          * would do.
 210          *
 211          * For all other device memory types, which are accessible by
 212          * the CPU, we do want the linear mapping and thus use
 213          * arch_add_memory().
 214          */
 215         if (pgmap->type == MEMORY_DEVICE_PRIVATE) {
 216                 error = add_pages(nid, align_start >> PAGE_SHIFT,
 217                                 align_size >> PAGE_SHIFT, NULL, false);
 218         } else {
 219                 error = kasan_add_zero_shadow(__va(align_start), align_size);
 220                 if (error) {
 221                         mem_hotplug_done();
 222                         goto err_kasan;
 223                 }
 224
 225                 error = arch_add_memory(nid, align_start, align_size, altmap,
 226                                 false);
 227         }
 228
 229         if (!error) {
 230                 struct zone *zone;
 231
 232                 zone = &NODE_DATA(nid)->node_zones[ZONE_DEVICE];
 233                 move_pfn_range_to_zone(zone, align_start >> PAGE_SHIFT,
 234                                 align_size >> PAGE_SHIFT, altmap);
 235         }
 236
 237         mem_hotplug_done();
 238         if (error)
 239                 goto err_add_memory;
 240
 241         /*
 242          * Initialization of the pages has been deferred until now in order
 243          * to allow us to do the work while not holding the hotplug lock.
 244          */
 245         memmap_init_zone_device(&NODE_DATA(nid)->node_zones[ZONE_DEVICE],
 246                                 align_start >> PAGE_SHIFT,
 247                                 align_size >> PAGE_SHIFT, pgmap);
 248         percpu_ref_get_many(pgmap->ref, pfn_end(pgmap) - pfn_first(pgmap));
 249
 250         error = devm_add_action_or_reset(dev, devm_memremap_pages_release,
 251                         pgmap);
 252         if (error)
 253                 return ERR_PTR(error);
 254
 255         return __va(res->start);
 256
 257  err_add_memory:
 258         kasan_remove_zero_shadow(__va(align_start), align_size);
 259  err_kasan:
 260         untrack_pfn(NULL, PHYS_PFN(align_start), align_size);
 261  err_pfn_remap:
 262         pgmap_array_delete(res);
 263  err_array:
 264         pgmap->kill(pgmap->ref);
 265         return ERR_PTR(error);
 266 }
 267 EXPORT_SYMBOL_GPL(devm_memremap_pages);
 268
 269 unsigned long vmem_altmap_offset(struct vmem_altmap *altmap)
 270 {
 271         /* number of pfns from base where pfn_to_page() is valid */
 272         return altmap->reserve + altmap->free;
 273 }
 274
 275 void vmem_altmap_free(struct vmem_altmap *altmap, unsigned long nr_pfns)
 276 {
 277         altmap->alloc -= nr_pfns;
 278 }
 279
 280 /**
 281  * get_dev_pagemap() - take a new live reference on the dev_pagemap for @pfn
 282  * @pfn: page frame number to lookup page_map
 283  * @pgmap: optional known pgmap that already has a reference
 284  *
 285  * If @pgmap is non-NULL and covers @pfn it will be returned as-is.  If @pgmap
 286  * is non-NULL but does not cover @pfn the reference to it will be released.
 287  */
 288 struct dev_pagemap *get_dev_pagemap(unsigned long pfn,
 289                 struct dev_pagemap *pgmap)
 290 {
 291         resource_size_t phys = PFN_PHYS(pfn);
 292
 293         /*
 294          * In the cached case we're already holding a live reference.
 295          */
 296         if (pgmap) {
 297                 if (phys >= pgmap->res.start && phys <= pgmap->res.end)
 298                         return pgmap;
 299                 put_dev_pagemap(pgmap);
 300         }
 301
 302         /* fall back to slow path lookup */
 303         rcu_read_lock();
 304         pgmap = xa_load(&pgmap_array, PHYS_PFN(phys));
 305         if (pgmap && !percpu_ref_tryget_live(pgmap->ref))
 306                 pgmap = NULL;
 307         rcu_read_unlock();
 308
 309         return pgmap;
 310 }
 311 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_dev_pagemap);
 312
 313 #ifdef CONFIG_DEV_PAGEMAP_OPS
 314 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(devmap_managed_key);
 315 EXPORT_SYMBOL(devmap_managed_key);
 316 static atomic_t devmap_enable;
 317
 318 /*
 319  * Toggle the static key for ->page_free() callbacks when dev_pagemap
 320  * pages go idle.
 321  */
 322 void dev_pagemap_get_ops(void)
 323 {
 324         if (atomic_inc_return(&devmap_enable) == 1)
 325                 static_branch_enable(&devmap_managed_key);
 326 }
 327 EXPORT_SYMBOL_GPL(dev_pagemap_get_ops);
 328
 329 void dev_pagemap_put_ops(void)
 330 {
 331         if (atomic_dec_and_test(&devmap_enable))
 332                 static_branch_disable(&devmap_managed_key);
 333 }
 334 EXPORT_SYMBOL_GPL(dev_pagemap_put_ops);
 335
 336 void __put_devmap_managed_page(struct page *page)
 337 {
 338         int count = page_ref_dec_return(page);
 339
 340         /*
 341          * If refcount is 1 then page is freed and refcount is stable as nobody
 342          * holds a reference on the page.
 343          */
 344         if (count == 1) {
 345                 /* Clear Active bit in case of parallel mark_page_accessed */
 346                 __ClearPageActive(page);
 347                 __ClearPageWaiters(page);
 348
 349                 mem_cgroup_uncharge(page);
 350
 351                 page->pgmap->page_free(page, page->pgmap->data);
 352         } else if (!count)
 353                 __put_page(page);
 354 }
 355 EXPORT_SYMBOL(__put_devmap_managed_page);
 356 #endif /* CONFIG_DEV_PAGEMAP_OPS */