xen: make earlyprintk=xen work again
[safe/jmp/linux-2.6] / 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         /* updates to init_mm may be done without lock */
160         if (mm == &init_mm)
161                 preempt_disable();
162
163         if (mm == current->mm || mm == &init_mm) {
164                 if (paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU) {
165                         struct multicall_space mcs;
166                         mcs = xen_mc_entry(0);
167
168                         MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, addr, pteval, 0);
169                         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
170                         goto out;
171                 } else
172                         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(addr, pteval, 0) == 0)
173                                 goto out;
174         }
175         xen_set_pte(ptep, pteval);
176
177 out:
178         if (mm == &init_mm)
179                 preempt_enable();
180 }
181
182 pteval_t xen_pte_val(pte_t pte)
183 {
184         pteval_t ret = pte.pte;
185
186         if (ret & _PAGE_PRESENT)
187                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | _PAGE_PRESENT;
188
189         return ret;
190 }
191
192 pgdval_t xen_pgd_val(pgd_t pgd)
193 {
194         pgdval_t ret = pgd.pgd;
195         if (ret & _PAGE_PRESENT)
196                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | _PAGE_PRESENT;
197         return ret;
198 }
199
200 pte_t xen_make_pte(pteval_t pte)
201 {
202         if (pte & _PAGE_PRESENT) {
203                 pte = phys_to_machine(XPADDR(pte)).maddr;
204                 pte &= ~(_PAGE_PCD | _PAGE_PWT);
205         }
206
207         return (pte_t){ .pte = pte };
208 }
209
210 pgd_t xen_make_pgd(pgdval_t pgd)
211 {
212         if (pgd & _PAGE_PRESENT)
213                 pgd = phys_to_machine(XPADDR(pgd)).maddr;
214
215         return (pgd_t){ pgd };
216 }
217
218 pmdval_t xen_pmd_val(pmd_t pmd)
219 {
220         pmdval_t ret = native_pmd_val(pmd);
221         if (ret & _PAGE_PRESENT)
222                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | _PAGE_PRESENT;
223         return ret;
224 }
225
226 void xen_set_pud(pud_t *ptr, pud_t val)
227 {
228         struct multicall_space mcs;
229         struct mmu_update *u;
230
231         preempt_disable();
232
233         mcs = xen_mc_entry(sizeof(*u));
234         u = mcs.args;
235         u->ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
236         u->val = pud_val_ma(val);
237         MULTI_mmu_update(mcs.mc, u, 1, NULL, DOMID_SELF);
238
239         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
240
241         preempt_enable();
242 }
243
244 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
245 {
246         ptep->pte_high = pte.pte_high;
247         smp_wmb();
248         ptep->pte_low = pte.pte_low;
249 }
250
251 void xen_set_pte_atomic(pte_t *ptep, pte_t pte)
252 {
253         set_64bit((u64 *)ptep, pte_val_ma(pte));
254 }
255
256 void xen_pte_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
257 {
258         ptep->pte_low = 0;
259         smp_wmb();              /* make sure low gets written first */
260         ptep->pte_high = 0;
261 }
262
263 void xen_pmd_clear(pmd_t *pmdp)
264 {
265         xen_set_pmd(pmdp, __pmd(0));
266 }
267
268 pmd_t xen_make_pmd(pmdval_t pmd)
269 {
270         if (pmd & _PAGE_PRESENT)
271                 pmd = phys_to_machine(XPADDR(pmd)).maddr;
272
273         return native_make_pmd(pmd);
274 }
275
276 /*
277   (Yet another) pagetable walker.  This one is intended for pinning a
278   pagetable.  This means that it walks a pagetable and calls the
279   callback function on each page it finds making up the page table,
280   at every level.  It walks the entire pagetable, but it only bothers
281   pinning pte pages which are below pte_limit.  In the normal case
282   this will be TASK_SIZE, but at boot we need to pin up to
283   FIXADDR_TOP.  But the important bit is that we don't pin beyond
284   there, because then we start getting into Xen's ptes.
285 */
286 static int pgd_walk(pgd_t *pgd_base, int (*func)(struct page *, enum pt_level),
287                     unsigned long limit)
288 {
289         pgd_t *pgd = pgd_base;
290         int flush = 0;
291         unsigned long addr = 0;
292         unsigned long pgd_next;
293
294         BUG_ON(limit > FIXADDR_TOP);
295
296         if (xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap))
297                 return 0;
298
299         for (; addr != FIXADDR_TOP; pgd++, addr = pgd_next) {
300                 pud_t *pud;
301                 unsigned long pud_limit, pud_next;
302
303                 pgd_next = pud_limit = pgd_addr_end(addr, FIXADDR_TOP);
304
305                 if (!pgd_val(*pgd))
306                         continue;
307
308                 pud = pud_offset(pgd, 0);
309
310                 if (PTRS_PER_PUD > 1) /* not folded */
311                         flush |= (*func)(virt_to_page(pud), PT_PUD);
312
313                 for (; addr != pud_limit; pud++, addr = pud_next) {
314                         pmd_t *pmd;
315                         unsigned long pmd_limit;
316
317                         pud_next = pud_addr_end(addr, pud_limit);
318
319                         if (pud_next < limit)
320                                 pmd_limit = pud_next;
321                         else
322                                 pmd_limit = limit;
323
324                         if (pud_none(*pud))
325                                 continue;
326
327                         pmd = pmd_offset(pud, 0);
328
329                         if (PTRS_PER_PMD > 1) /* not folded */
330                                 flush |= (*func)(virt_to_page(pmd), PT_PMD);
331
332                         for (; addr != pmd_limit; pmd++) {
333                                 addr += (PAGE_SIZE * PTRS_PER_PTE);
334                                 if ((pmd_limit-1) < (addr-1)) {
335                                         addr = pmd_limit;
336                                         break;
337                                 }
338
339                                 if (pmd_none(*pmd))
340                                         continue;
341
342                                 flush |= (*func)(pmd_page(*pmd), PT_PTE);
343                         }
344                 }
345         }
346
347         flush |= (*func)(virt_to_page(pgd_base), PT_PGD);
348
349         return flush;
350 }
351
352 static spinlock_t *lock_pte(struct page *page)
353 {
354         spinlock_t *ptl = NULL;
355
356 #if NR_CPUS >= CONFIG_SPLIT_PTLOCK_CPUS
357         ptl = __pte_lockptr(page);
358         spin_lock(ptl);
359 #endif
360
361         return ptl;
362 }
363
364 static void do_unlock(void *v)
365 {
366         spinlock_t *ptl = v;
367         spin_unlock(ptl);
368 }
369
370 static void xen_do_pin(unsigned level, unsigned long pfn)
371 {
372         struct mmuext_op *op;
373         struct multicall_space mcs;
374
375         mcs = __xen_mc_entry(sizeof(*op));
376         op = mcs.args;
377         op->cmd = level;
378         op->arg1.mfn = pfn_to_mfn(pfn);
379         MULTI_mmuext_op(mcs.mc, op, 1, NULL, DOMID_SELF);
380 }
381
382 static int pin_page(struct page *page, enum pt_level level)
383 {
384         unsigned pgfl = TestSetPagePinned(page);
385         int flush;
386
387         if (pgfl)
388                 flush = 0;              /* already pinned */
389         else if (PageHighMem(page))
390                 /* kmaps need flushing if we found an unpinned
391                    highpage */
392                 flush = 1;
393         else {
394                 void *pt = lowmem_page_address(page);
395                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
396                 struct multicall_space mcs = __xen_mc_entry(0);
397                 spinlock_t *ptl;
398
399                 flush = 0;
400
401                 ptl = NULL;
402                 if (level == PT_PTE)
403                         ptl = lock_pte(page);
404
405                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
406                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_RO),
407                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
408
409                 if (level == PT_PTE)
410                         xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L1_TABLE, pfn);
411
412                 if (ptl) {
413                         /* Queue a deferred unlock for when this batch
414                            is completed. */
415                         xen_mc_callback(do_unlock, ptl);
416                 }
417         }
418
419         return flush;
420 }
421
422 /* This is called just after a mm has been created, but it has not
423    been used yet.  We need to make sure that its pagetable is all
424    read-only, and can be pinned. */
425 void xen_pgd_pin(pgd_t *pgd)
426 {
427         xen_mc_batch();
428
429         if (pgd_walk(pgd, pin_page, TASK_SIZE)) {
430                 /* re-enable interrupts for kmap_flush_unused */
431                 xen_mc_issue(0);
432                 kmap_flush_unused();
433                 xen_mc_batch();
434         }
435
436         xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L3_TABLE, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
437         xen_mc_issue(0);
438 }
439
440 /* The init_mm pagetable is really pinned as soon as its created, but
441    that's before we have page structures to store the bits.  So do all
442    the book-keeping now. */
443 static __init int mark_pinned(struct page *page, enum pt_level level)
444 {
445         SetPagePinned(page);
446         return 0;
447 }
448
449 void __init xen_mark_init_mm_pinned(void)
450 {
451         pgd_walk(init_mm.pgd, mark_pinned, FIXADDR_TOP);
452 }
453
454 static int unpin_page(struct page *page, enum pt_level level)
455 {
456         unsigned pgfl = TestClearPagePinned(page);
457
458         if (pgfl && !PageHighMem(page)) {
459                 void *pt = lowmem_page_address(page);
460                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
461                 spinlock_t *ptl = NULL;
462                 struct multicall_space mcs;
463
464                 if (level == PT_PTE) {
465                         ptl = lock_pte(page);
466
467                         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, pfn);
468                 }
469
470                 mcs = __xen_mc_entry(0);
471
472                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
473                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL),
474                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
475
476                 if (ptl) {
477                         /* unlock when batch completed */
478                         xen_mc_callback(do_unlock, ptl);
479                 }
480         }
481
482         return 0;               /* never need to flush on unpin */
483 }
484
485 /* Release a pagetables pages back as normal RW */
486 static void xen_pgd_unpin(pgd_t *pgd)
487 {
488         xen_mc_batch();
489
490         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
491
492         pgd_walk(pgd, unpin_page, TASK_SIZE);
493
494         xen_mc_issue(0);
495 }
496
497 void xen_activate_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
498 {
499         spin_lock(&next->page_table_lock);
500         xen_pgd_pin(next->pgd);
501         spin_unlock(&next->page_table_lock);
502 }
503
504 void xen_dup_mmap(struct mm_struct *oldmm, struct mm_struct *mm)
505 {
506         spin_lock(&mm->page_table_lock);
507         xen_pgd_pin(mm->pgd);
508         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
509 }
510
511
512 #ifdef CONFIG_SMP
513 /* Another cpu may still have their %cr3 pointing at the pagetable, so
514    we need to repoint it somewhere else before we can unpin it. */
515 static void drop_other_mm_ref(void *info)
516 {
517         struct mm_struct *mm = info;
518
519         if (__get_cpu_var(cpu_tlbstate).active_mm == mm)
520                 leave_mm(smp_processor_id());
521
522         /* If this cpu still has a stale cr3 reference, then make sure
523            it has been flushed. */
524         if (x86_read_percpu(xen_current_cr3) == __pa(mm->pgd)) {
525                 load_cr3(swapper_pg_dir);
526                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
527         }
528 }
529
530 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
531 {
532         cpumask_t mask;
533         unsigned cpu;
534
535         if (current->active_mm == mm) {
536                 if (current->mm == mm)
537                         load_cr3(swapper_pg_dir);
538                 else
539                         leave_mm(smp_processor_id());
540                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
541         }
542
543         /* Get the "official" set of cpus referring to our pagetable. */
544         mask = mm->cpu_vm_mask;
545
546         /* It's possible that a vcpu may have a stale reference to our
547            cr3, because its in lazy mode, and it hasn't yet flushed
548            its set of pending hypercalls yet.  In this case, we can
549            look at its actual current cr3 value, and force it to flush
550            if needed. */
551         for_each_online_cpu(cpu) {
552                 if (per_cpu(xen_current_cr3, cpu) == __pa(mm->pgd))
553                         cpu_set(cpu, mask);
554         }
555
556         if (!cpus_empty(mask))
557                 xen_smp_call_function_mask(mask, drop_other_mm_ref, mm, 1);
558 }
559 #else
560 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
561 {
562         if (current->active_mm == mm)
563                 load_cr3(swapper_pg_dir);
564 }
565 #endif
566
567 /*
568  * While a process runs, Xen pins its pagetables, which means that the
569  * hypervisor forces it to be read-only, and it controls all updates
570  * to it.  This means that all pagetable updates have to go via the
571  * hypervisor, which is moderately expensive.
572  *
573  * Since we're pulling the pagetable down, we switch to use init_mm,
574  * unpin old process pagetable and mark it all read-write, which
575  * allows further operations on it to be simple memory accesses.
576  *
577  * The only subtle point is that another CPU may be still using the
578  * pagetable because of lazy tlb flushing.  This means we need need to
579  * switch all CPUs off this pagetable before we can unpin it.
580  */
581 void xen_exit_mmap(struct mm_struct *mm)
582 {
583         get_cpu();              /* make sure we don't move around */
584         drop_mm_ref(mm);
585         put_cpu();
586
587         spin_lock(&mm->page_table_lock);
588
589         /* pgd may not be pinned in the error exit path of execve */
590         if (PagePinned(virt_to_page(mm->pgd)))
591                 xen_pgd_unpin(mm->pgd);
592
593         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
594 }