SAFE public projects git trees. - safe/jmp/linux-2.6/blob - arch/x86/mm/pat.c

   1 /*
   2  * Handle caching attributes in page tables (PAT)
   3  *
   4  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   5  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
   6  *
   7  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
   8  */
   9
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/gfp.h>
  13 #include <linux/fs.h>
  14 #include <linux/bootmem.h>
  15 #include <linux/debugfs.h>
  16 #include <linux/seq_file.h>
  17
  18 #include <asm/msr.h>
  19 #include <asm/tlbflush.h>
  20 #include <asm/processor.h>
  21 #include <asm/page.h>
  22 #include <asm/pgtable.h>
  23 #include <asm/pat.h>
  24 #include <asm/e820.h>
  25 #include <asm/cacheflush.h>
  26 #include <asm/fcntl.h>
  27 #include <asm/mtrr.h>
  28 #include <asm/io.h>
  29
  30 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  31 int __read_mostly pat_enabled = 1;
  32
  33 void __cpuinit pat_disable(char *reason)
  34 {
  35         pat_enabled = 0;
  36         printk(KERN_INFO "%s\n", reason);
  37 }
  38
  39 static int __init nopat(char *str)
  40 {
  41         pat_disable("PAT support disabled.");
  42         return 0;
  43 }
  44 early_param("nopat", nopat);
  45 #endif
  46
  47
  48 static int debug_enable;
  49 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  50 {
  51         debug_enable = 1;
  52         return 0;
  53 }
  54 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  55
  56 #define dprintk(fmt, arg...) \
  57         do { if (debug_enable) printk(KERN_INFO fmt, ##arg); } while (0)
  58
  59
  60 static u64 __read_mostly boot_pat_state;
  61
  62 enum {
  63         PAT_UC = 0,             /* uncached */
  64         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
  65         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
  66         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
  67         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
  68         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
  69 };
  70
  71 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
  72
  73 void pat_init(void)
  74 {
  75         u64 pat;
  76
  77         if (!pat_enabled)
  78                 return;
  79
  80         /* Paranoia check. */
  81         if (!cpu_has_pat && boot_pat_state) {
  82                 /*
  83                  * If this happens we are on a secondary CPU, but
  84                  * switched to PAT on the boot CPU. We have no way to
  85                  * undo PAT.
  86                  */
  87                 printk(KERN_ERR "PAT enabled, "
  88                        "but not supported by secondary CPU\n");
  89                 BUG();
  90         }
  91
  92         /* Set PWT to Write-Combining. All other bits stay the same */
  93         /*
  94          * PTE encoding used in Linux:
  95          *      PAT
  96          *      |PCD
  97          *      ||PWT
  98          *      |||
  99          *      000 WB          _PAGE_CACHE_WB
 100          *      001 WC          _PAGE_CACHE_WC
 101          *      010 UC-         _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 102          *      011 UC          _PAGE_CACHE_UC
 103          * PAT bit unused
 104          */
 105         pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 106               PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 107
 108         /* Boot CPU check */
 109         if (!boot_pat_state)
 110                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, boot_pat_state);
 111
 112         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 113         printk(KERN_INFO "x86 PAT enabled: cpu %d, old 0x%Lx, new 0x%Lx\n",
 114                smp_processor_id(), boot_pat_state, pat);
 115 }
 116
 117 #undef PAT
 118
 119 static char *cattr_name(unsigned long flags)
 120 {
 121         switch (flags & _PAGE_CACHE_MASK) {
 122         case _PAGE_CACHE_UC:            return "uncached";
 123         case _PAGE_CACHE_UC_MINUS:      return "uncached-minus";
 124         case _PAGE_CACHE_WB:            return "write-back";
 125         case _PAGE_CACHE_WC:            return "write-combining";
 126         default:                        return "broken";
 127         }
 128 }
 129
 130 /*
 131  * The global memtype list keeps track of memory type for specific
 132  * physical memory areas. Conflicting memory types in different
 133  * mappings can cause CPU cache corruption. To avoid this we keep track.
 134  *
 135  * The list is sorted based on starting address and can contain multiple
 136  * entries for each address (this allows reference counting for overlapping
 137  * areas). All the aliases have the same cache attributes of course.
 138  * Zero attributes are represented as holes.
 139  *
 140  * Currently the data structure is a list because the number of mappings
 141  * are expected to be relatively small. If this should be a problem
 142  * it could be changed to a rbtree or similar.
 143  *
 144  * memtype_lock protects the whole list.
 145  */
 146
 147 struct memtype {
 148         u64 start;
 149         u64 end;
 150         unsigned long type;
 151         struct list_head nd;
 152 };
 153
 154 static LIST_HEAD(memtype_list);
 155 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype list */
 156
 157 /*
 158  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 159  * the resulting memory type as PAT understands it.
 160  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 161  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 162  * SDM vol 3a
 163  */
 164 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end, unsigned long req_type)
 165 {
 166         /*
 167          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 168          * request is for WB.
 169          */
 170         if (req_type == _PAGE_CACHE_WB) {
 171                 u8 mtrr_type;
 172
 173                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 174                 if (mtrr_type == MTRR_TYPE_UNCACHABLE)
 175                         return _PAGE_CACHE_UC;
 176                 if (mtrr_type == MTRR_TYPE_WRCOMB)
 177                         return _PAGE_CACHE_WC;
 178         }
 179
 180         return req_type;
 181 }
 182
 183 static int chk_conflict(struct memtype *new, struct memtype *entry,
 184                         unsigned long *type)
 185 {
 186         if (new->type != entry->type) {
 187                 if (type) {
 188                         new->type = entry->type;
 189                         *type = entry->type;
 190                 } else
 191                         goto conflict;
 192         }
 193
 194          /* check overlaps with more than one entry in the list */
 195         list_for_each_entry_continue(entry, &memtype_list, nd) {
 196                 if (new->end <= entry->start)
 197                         break;
 198                 else if (new->type != entry->type)
 199                         goto conflict;
 200         }
 201         return 0;
 202
 203  conflict:
 204         printk(KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types "
 205                "%Lx-%Lx %s<->%s\n", current->comm, current->pid, new->start,
 206                new->end, cattr_name(new->type), cattr_name(entry->type));
 207         return -EBUSY;
 208 }
 209
 210 static struct memtype *cached_entry;
 211 static u64 cached_start;
 212
 213 /*
 214  * req_type typically has one of the:
 215  * - _PAGE_CACHE_WB
 216  * - _PAGE_CACHE_WC
 217  * - _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 218  * - _PAGE_CACHE_UC
 219  *
 220  * req_type will have a special case value '-1', when requester want to inherit
 221  * the memory type from mtrr (if WB), existing PAT, defaulting to UC_MINUS.
 222  *
 223  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 224  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
 225  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
 226  * it will return a negative return value.
 227  */
 228 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
 229                         unsigned long *new_type)
 230 {
 231         struct memtype *new, *entry;
 232         unsigned long actual_type;
 233         struct list_head *where;
 234         int err = 0;
 235
 236         BUG_ON(start >= end); /* end is exclusive */
 237
 238         if (!pat_enabled) {
 239                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 240                 if (new_type) {
 241                         if (req_type == -1)
 242                                 *new_type = _PAGE_CACHE_WB;
 243                         else
 244                                 *new_type = req_type & _PAGE_CACHE_MASK;
 245                 }
 246                 return 0;
 247         }
 248
 249         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 250         if (is_ISA_range(start, end - 1)) {
 251                 if (new_type)
 252                         *new_type = _PAGE_CACHE_WB;
 253                 return 0;
 254         }
 255
 256         if (req_type == -1) {
 257                 /*
 258                  * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 259                  * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 260                  * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 261                  * UC_MINUS otherwise.
 262                  */
 263                 u8 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 264
 265                 if (mtrr_type == MTRR_TYPE_WRBACK)
 266                         actual_type = _PAGE_CACHE_WB;
 267                 else
 268                         actual_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 269         } else
 270                 actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end,
 271                                               req_type & _PAGE_CACHE_MASK);
 272
 273         new  = kmalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 274         if (!new)
 275                 return -ENOMEM;
 276
 277         new->start = start;
 278         new->end = end;
 279         new->type = actual_type;
 280
 281         if (new_type)
 282                 *new_type = actual_type;
 283
 284         spin_lock(&memtype_lock);
 285
 286         if (cached_entry && start >= cached_start)
 287                 entry = cached_entry;
 288         else
 289                 entry = list_entry(&memtype_list, struct memtype, nd);
 290
 291         /* Search for existing mapping that overlaps the current range */
 292         where = NULL;
 293         list_for_each_entry_continue(entry, &memtype_list, nd) {
 294                 if (end <= entry->start) {
 295                         where = entry->nd.prev;
 296                         cached_entry = list_entry(where, struct memtype, nd);
 297                         break;
 298                 } else if (start <= entry->start) { /* end > entry->start */
 299                         err = chk_conflict(new, entry, new_type);
 300                         if (!err) {
 301                                 dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 302                                         entry->start, entry->end);
 303                                 where = entry->nd.prev;
 304                                 cached_entry = list_entry(where,
 305                                                         struct memtype, nd);
 306                         }
 307                         break;
 308                 } else if (start < entry->end) { /* start > entry->start */
 309                         err = chk_conflict(new, entry, new_type);
 310                         if (!err) {
 311                                 dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 312                                         entry->start, entry->end);
 313                                 cached_entry = list_entry(entry->nd.prev,
 314                                                         struct memtype, nd);
 315
 316                                 /*
 317                                  * Move to right position in the linked
 318                                  * list to add this new entry
 319                                  */
 320                                 list_for_each_entry_continue(entry,
 321                                                         &memtype_list, nd) {
 322                                         if (start <= entry->start) {
 323                                                 where = entry->nd.prev;
 324                                                 break;
 325                                         }
 326                                 }
 327                         }
 328                         break;
 329                 }
 330         }
 331
 332         if (err) {
 333                 printk(KERN_INFO "reserve_memtype failed 0x%Lx-0x%Lx, "
 334                        "track %s, req %s\n",
 335                        start, end, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type));
 336                 kfree(new);
 337                 spin_unlock(&memtype_lock);
 338                 return err;
 339         }
 340
 341         cached_start = start;
 342
 343         if (where)
 344                 list_add(&new->nd, where);
 345         else
 346                 list_add_tail(&new->nd, &memtype_list);
 347
 348         spin_unlock(&memtype_lock);
 349
 350         dprintk("reserve_memtype added 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s, ret %s\n",
 351                 start, end, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type),
 352                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
 353
 354         return err;
 355 }
 356
 357 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 358 {
 359         struct memtype *entry;
 360         int err = -EINVAL;
 361
 362         if (!pat_enabled)
 363                 return 0;
 364
 365         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 366         if (is_ISA_range(start, end - 1))
 367                 return 0;
 368
 369         spin_lock(&memtype_lock);
 370         list_for_each_entry(entry, &memtype_list, nd) {
 371                 if (entry->start == start && entry->end == end) {
 372                         if (cached_entry == entry || cached_start == start)
 373                                 cached_entry = NULL;
 374
 375                         list_del(&entry->nd);
 376                         kfree(entry);
 377                         err = 0;
 378                         break;
 379                 }
 380         }
 381         spin_unlock(&memtype_lock);
 382
 383         if (err) {
 384                 printk(KERN_INFO "%s:%d freeing invalid memtype %Lx-%Lx\n",
 385                         current->comm, current->pid, start, end);
 386         }
 387
 388         dprintk("free_memtype request 0x%Lx-0x%Lx\n", start, end);
 389         return err;
 390 }
 391
 392
 393 /*
 394  * /dev/mem mmap interface. The memtype used for mapping varies:
 395  * - Use UC for mappings with O_SYNC flag
 396  * - Without O_SYNC flag, if there is any conflict in reserve_memtype,
 397  *   inherit the memtype from existing mapping.
 398  * - Else use UC_MINUS memtype (for backward compatibility with existing
 399  *   X drivers.
 400  */
 401 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 402                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 403 {
 404         return vma_prot;
 405 }
 406
 407 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 408 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM*/
 409 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 410 {
 411         return 1;
 412 }
 413 #else
 414 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 415 {
 416         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 417         u64 to = from + size;
 418         u64 cursor = from;
 419
 420         while (cursor < to) {
 421                 if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
 422                         printk(KERN_INFO
 423                 "Program %s tried to access /dev/mem between %Lx->%Lx.\n",
 424                                 current->comm, from, to);
 425                         return 0;
 426                 }
 427                 cursor += PAGE_SIZE;
 428                 pfn++;
 429         }
 430         return 1;
 431 }
 432 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
 433
 434 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 435                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 436 {
 437         u64 offset = ((u64) pfn) << PAGE_SHIFT;
 438         unsigned long flags = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 439         int retval;
 440
 441         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 442                 return 0;
 443
 444         if (file->f_flags & O_SYNC) {
 445                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 446         }
 447
 448 #ifdef CONFIG_X86_32
 449         /*
 450          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 451          * memory types for physical addresses outside main memory,
 452          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 453          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 454          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 455          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 456          */
 457         if (!pat_enabled &&
 458             !(boot_cpu_has(X86_FEATURE_MTRR) ||
 459               boot_cpu_has(X86_FEATURE_K6_MTRR) ||
 460               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CYRIX_ARR) ||
 461               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR)) &&
 462             (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 463                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 464         }
 465 #endif
 466
 467         /*
 468          * With O_SYNC, we can only take UC mapping. Fail if we cannot.
 469          * Without O_SYNC, we want to get
 470          * - WB for WB-able memory and no other conflicting mappings
 471          * - UC_MINUS for non-WB-able memory with no other conflicting mappings
 472          * - Inherit from confliting mappings otherwise
 473          */
 474         if (flags != _PAGE_CACHE_UC_MINUS) {
 475                 retval = reserve_memtype(offset, offset + size, flags, NULL);
 476         } else {
 477                 retval = reserve_memtype(offset, offset + size, -1, &flags);
 478         }
 479
 480         if (retval < 0)
 481                 return 0;
 482
 483         if (((pfn < max_low_pfn_mapped) ||
 484              (pfn >= (1UL<<(32 - PAGE_SHIFT)) && pfn < max_pfn_mapped)) &&
 485             ioremap_change_attr((unsigned long)__va(offset), size, flags) < 0) {
 486                 free_memtype(offset, offset + size);
 487                 printk(KERN_INFO
 488                 "%s:%d /dev/mem ioremap_change_attr failed %s for %Lx-%Lx\n",
 489                         current->comm, current->pid,
 490                         cattr_name(flags),
 491                         offset, (unsigned long long)(offset + size));
 492                 return 0;
 493         }
 494
 495         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 496                              flags);
 497         return 1;
 498 }
 499
 500 void map_devmem(unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 501 {
 502         u64 addr = (u64)pfn << PAGE_SHIFT;
 503         unsigned long flags;
 504         unsigned long want_flags = (pgprot_val(vma_prot) & _PAGE_CACHE_MASK);
 505
 506         reserve_memtype(addr, addr + size, want_flags, &flags);
 507         if (flags != want_flags) {
 508                 printk(KERN_INFO
 509                 "%s:%d /dev/mem expected mapping type %s for %Lx-%Lx, got %s\n",
 510                         current->comm, current->pid,
 511                         cattr_name(want_flags),
 512                         addr, (unsigned long long)(addr + size),
 513                         cattr_name(flags));
 514         }
 515 }
 516
 517 void unmap_devmem(unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 518 {
 519         u64 addr = (u64)pfn << PAGE_SHIFT;
 520
 521         free_memtype(addr, addr + size);
 522 }
 523
 524 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS)
 525
 526 /* get Nth element of the linked list */
 527 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
 528 {
 529         struct memtype *list_node, *print_entry;
 530         int i = 1;
 531
 532         print_entry  = kmalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 533         if (!print_entry)
 534                 return NULL;
 535
 536         spin_lock(&memtype_lock);
 537         list_for_each_entry(list_node, &memtype_list, nd) {
 538                 if (pos == i) {
 539                         *print_entry = *list_node;
 540                         spin_unlock(&memtype_lock);
 541                         return print_entry;
 542                 }
 543                 ++i;
 544         }
 545         spin_unlock(&memtype_lock);
 546         kfree(print_entry);
 547         return NULL;
 548 }
 549
 550 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
 551 {
 552         if (*pos == 0) {
 553                 ++*pos;
 554                 seq_printf(seq, "PAT memtype list:\n");
 555         }
 556
 557         return memtype_get_idx(*pos);
 558 }
 559
 560 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
 561 {
 562         ++*pos;
 563         return memtype_get_idx(*pos);
 564 }
 565
 566 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
 567 {
 568 }
 569
 570 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
 571 {
 572         struct memtype *print_entry = (struct memtype *)v;
 573
 574         seq_printf(seq, "%s @ 0x%Lx-0x%Lx\n", cattr_name(print_entry->type),
 575                         print_entry->start, print_entry->end);
 576         kfree(print_entry);
 577         return 0;
 578 }
 579
 580 static struct seq_operations memtype_seq_ops = {
 581         .start = memtype_seq_start,
 582         .next  = memtype_seq_next,
 583         .stop  = memtype_seq_stop,
 584         .show  = memtype_seq_show,
 585 };
 586
 587 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
 588 {
 589         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
 590 }
 591
 592 static const struct file_operations memtype_fops = {
 593         .open    = memtype_seq_open,
 594         .read    = seq_read,
 595         .llseek  = seq_lseek,
 596         .release = seq_release,
 597 };
 598
 599 static int __init pat_memtype_list_init(void)
 600 {
 601         debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR, arch_debugfs_dir,
 602                                 NULL, &memtype_fops);
 603         return 0;
 604 }
 605
 606 late_initcall(pat_memtype_list_init);
 607
 608 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS */