i386: Clean up duplicate includes in arch/i386/xen/
[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         pte_t *pte = lookup_address(address);
62         unsigned offset = address & PAGE_MASK;
63
64         BUG_ON(pte == NULL);
65
66         return XMADDR((pte_mfn(*pte) << PAGE_SHIFT) + offset);
67 }
68
69 void make_lowmem_page_readonly(void *vaddr)
70 {
71         pte_t *pte, ptev;
72         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
73
74         pte = lookup_address(address);
75         BUG_ON(pte == NULL);
76
77         ptev = pte_wrprotect(*pte);
78
79         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
80                 BUG();
81 }
82
83 void make_lowmem_page_readwrite(void *vaddr)
84 {
85         pte_t *pte, ptev;
86         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
87
88         pte = lookup_address(address);
89         BUG_ON(pte == NULL);
90
91         ptev = pte_mkwrite(*pte);
92
93         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
94                 BUG();
95 }
96
97
98 void xen_set_pmd(pmd_t *ptr, pmd_t val)
99 {
100         struct multicall_space mcs;
101         struct mmu_update *u;
102
103         preempt_disable();
104
105         mcs = xen_mc_entry(sizeof(*u));
106         u = mcs.args;
107         u->ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
108         u->val = pmd_val_ma(val);
109         MULTI_mmu_update(mcs.mc, u, 1, NULL, DOMID_SELF);
110
111         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
112
113         preempt_enable();
114 }
115
116 /*
117  * Associate a virtual page frame with a given physical page frame
118  * and protection flags for that frame.
119  */
120 void set_pte_mfn(unsigned long vaddr, unsigned long mfn, pgprot_t flags)
121 {
122         pgd_t *pgd;
123         pud_t *pud;
124         pmd_t *pmd;
125         pte_t *pte;
126
127         pgd = swapper_pg_dir + pgd_index(vaddr);
128         if (pgd_none(*pgd)) {
129                 BUG();
130                 return;
131         }
132         pud = pud_offset(pgd, vaddr);
133         if (pud_none(*pud)) {
134                 BUG();
135                 return;
136         }
137         pmd = pmd_offset(pud, vaddr);
138         if (pmd_none(*pmd)) {
139                 BUG();
140                 return;
141         }
142         pte = pte_offset_kernel(pmd, vaddr);
143         /* <mfn,flags> stored as-is, to permit clearing entries */
144         xen_set_pte(pte, mfn_pte(mfn, flags));
145
146         /*
147          * It's enough to flush this one mapping.
148          * (PGE mappings get flushed as well)
149          */
150         __flush_tlb_one(vaddr);
151 }
152
153 void xen_set_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
154                     pte_t *ptep, pte_t pteval)
155 {
156         if (mm == current->mm || mm == &init_mm) {
157                 if (xen_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU) {
158                         struct multicall_space mcs;
159                         mcs = xen_mc_entry(0);
160
161                         MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, addr, pteval, 0);
162                         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
163                         return;
164                 } else
165                         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(addr, pteval, 0) == 0)
166                                 return;
167         }
168         xen_set_pte(ptep, pteval);
169 }
170
171 #ifdef CONFIG_X86_PAE
172 void xen_set_pud(pud_t *ptr, pud_t val)
173 {
174         struct multicall_space mcs;
175         struct mmu_update *u;
176
177         preempt_disable();
178
179         mcs = xen_mc_entry(sizeof(*u));
180         u = mcs.args;
181         u->ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
182         u->val = pud_val_ma(val);
183         MULTI_mmu_update(mcs.mc, u, 1, NULL, DOMID_SELF);
184
185         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
186
187         preempt_enable();
188 }
189
190 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
191 {
192         ptep->pte_high = pte.pte_high;
193         smp_wmb();
194         ptep->pte_low = pte.pte_low;
195 }
196
197 void xen_set_pte_atomic(pte_t *ptep, pte_t pte)
198 {
199         set_64bit((u64 *)ptep, pte_val_ma(pte));
200 }
201
202 void xen_pte_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
203 {
204         ptep->pte_low = 0;
205         smp_wmb();              /* make sure low gets written first */
206         ptep->pte_high = 0;
207 }
208
209 void xen_pmd_clear(pmd_t *pmdp)
210 {
211         xen_set_pmd(pmdp, __pmd(0));
212 }
213
214 unsigned long long xen_pte_val(pte_t pte)
215 {
216         unsigned long long ret = 0;
217
218         if (pte.pte_low) {
219                 ret = ((unsigned long long)pte.pte_high << 32) | pte.pte_low;
220                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
221         }
222
223         return ret;
224 }
225
226 unsigned long long xen_pmd_val(pmd_t pmd)
227 {
228         unsigned long long ret = pmd.pmd;
229         if (ret)
230                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
231         return ret;
232 }
233
234 unsigned long long xen_pgd_val(pgd_t pgd)
235 {
236         unsigned long long ret = pgd.pgd;
237         if (ret)
238                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
239         return ret;
240 }
241
242 pte_t xen_make_pte(unsigned long long pte)
243 {
244         if (pte & 1)
245                 pte = phys_to_machine(XPADDR(pte)).maddr;
246
247         return (pte_t){ pte, pte >> 32 };
248 }
249
250 pmd_t xen_make_pmd(unsigned long long pmd)
251 {
252         if (pmd & 1)
253                 pmd = phys_to_machine(XPADDR(pmd)).maddr;
254
255         return (pmd_t){ pmd };
256 }
257
258 pgd_t xen_make_pgd(unsigned long long pgd)
259 {
260         if (pgd & _PAGE_PRESENT)
261                 pgd = phys_to_machine(XPADDR(pgd)).maddr;
262
263         return (pgd_t){ pgd };
264 }
265 #else  /* !PAE */
266 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
267 {
268         *ptep = pte;
269 }
270
271 unsigned long xen_pte_val(pte_t pte)
272 {
273         unsigned long ret = pte.pte_low;
274
275         if (ret & _PAGE_PRESENT)
276                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr;
277
278         return ret;
279 }
280
281 unsigned long xen_pgd_val(pgd_t pgd)
282 {
283         unsigned long ret = pgd.pgd;
284         if (ret)
285                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | 1;
286         return ret;
287 }
288
289 pte_t xen_make_pte(unsigned long pte)
290 {
291         if (pte & _PAGE_PRESENT)
292                 pte = phys_to_machine(XPADDR(pte)).maddr;
293
294         return (pte_t){ pte };
295 }
296
297 pgd_t xen_make_pgd(unsigned long pgd)
298 {
299         if (pgd & _PAGE_PRESENT)
300                 pgd = phys_to_machine(XPADDR(pgd)).maddr;
301
302         return (pgd_t){ pgd };
303 }
304 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
305
306
307
308 /*
309   (Yet another) pagetable walker.  This one is intended for pinning a
310   pagetable.  This means that it walks a pagetable and calls the
311   callback function on each page it finds making up the page table,
312   at every level.  It walks the entire pagetable, but it only bothers
313   pinning pte pages which are below pte_limit.  In the normal case
314   this will be TASK_SIZE, but at boot we need to pin up to
315   FIXADDR_TOP.  But the important bit is that we don't pin beyond
316   there, because then we start getting into Xen's ptes.
317 */
318 static int pgd_walk(pgd_t *pgd_base, int (*func)(struct page *, unsigned),
319                     unsigned long limit)
320 {
321         pgd_t *pgd = pgd_base;
322         int flush = 0;
323         unsigned long addr = 0;
324         unsigned long pgd_next;
325
326         BUG_ON(limit > FIXADDR_TOP);
327
328         if (xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap))
329                 return 0;
330
331         for (; addr != FIXADDR_TOP; pgd++, addr = pgd_next) {
332                 pud_t *pud;
333                 unsigned long pud_limit, pud_next;
334
335                 pgd_next = pud_limit = pgd_addr_end(addr, FIXADDR_TOP);
336
337                 if (!pgd_val(*pgd))
338                         continue;
339
340                 pud = pud_offset(pgd, 0);
341
342                 if (PTRS_PER_PUD > 1) /* not folded */
343                         flush |= (*func)(virt_to_page(pud), 0);
344
345                 for (; addr != pud_limit; pud++, addr = pud_next) {
346                         pmd_t *pmd;
347                         unsigned long pmd_limit;
348
349                         pud_next = pud_addr_end(addr, pud_limit);
350
351                         if (pud_next < limit)
352                                 pmd_limit = pud_next;
353                         else
354                                 pmd_limit = limit;
355
356                         if (pud_none(*pud))
357                                 continue;
358
359                         pmd = pmd_offset(pud, 0);
360
361                         if (PTRS_PER_PMD > 1) /* not folded */
362                                 flush |= (*func)(virt_to_page(pmd), 0);
363
364                         for (; addr != pmd_limit; pmd++) {
365                                 addr += (PAGE_SIZE * PTRS_PER_PTE);
366                                 if ((pmd_limit-1) < (addr-1)) {
367                                         addr = pmd_limit;
368                                         break;
369                                 }
370
371                                 if (pmd_none(*pmd))
372                                         continue;
373
374                                 flush |= (*func)(pmd_page(*pmd), 0);
375                         }
376                 }
377         }
378
379         flush |= (*func)(virt_to_page(pgd_base), UVMF_TLB_FLUSH);
380
381         return flush;
382 }
383
384 static int pin_page(struct page *page, unsigned flags)
385 {
386         unsigned pgfl = test_and_set_bit(PG_pinned, &page->flags);
387         int flush;
388
389         if (pgfl)
390                 flush = 0;              /* already pinned */
391         else if (PageHighMem(page))
392                 /* kmaps need flushing if we found an unpinned
393                    highpage */
394                 flush = 1;
395         else {
396                 void *pt = lowmem_page_address(page);
397                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
398                 struct multicall_space mcs = __xen_mc_entry(0);
399
400                 flush = 0;
401
402                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
403                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_RO),
404                                         flags);
405         }
406
407         return flush;
408 }
409
410 /* This is called just after a mm has been created, but it has not
411    been used yet.  We need to make sure that its pagetable is all
412    read-only, and can be pinned. */
413 void xen_pgd_pin(pgd_t *pgd)
414 {
415         struct multicall_space mcs;
416         struct mmuext_op *op;
417
418         xen_mc_batch();
419
420         if (pgd_walk(pgd, pin_page, TASK_SIZE)) {
421                 /* re-enable interrupts for kmap_flush_unused */
422                 xen_mc_issue(0);
423                 kmap_flush_unused();
424                 xen_mc_batch();
425         }
426
427         mcs = __xen_mc_entry(sizeof(*op));
428         op = mcs.args;
429
430 #ifdef CONFIG_X86_PAE
431         op->cmd = MMUEXT_PIN_L3_TABLE;
432 #else
433         op->cmd = MMUEXT_PIN_L2_TABLE;
434 #endif
435         op->arg1.mfn = pfn_to_mfn(PFN_DOWN(__pa(pgd)));
436         MULTI_mmuext_op(mcs.mc, op, 1, NULL, DOMID_SELF);
437
438         xen_mc_issue(0);
439 }
440
441 /* The init_mm pagetable is really pinned as soon as its created, but
442    that's before we have page structures to store the bits.  So do all
443    the book-keeping now. */
444 static __init int mark_pinned(struct page *page, unsigned flags)
445 {
446         SetPagePinned(page);
447         return 0;
448 }
449
450 void __init xen_mark_init_mm_pinned(void)
451 {
452         pgd_walk(init_mm.pgd, mark_pinned, FIXADDR_TOP);
453 }
454
455 static int unpin_page(struct page *page, unsigned flags)
456 {
457         unsigned pgfl = test_and_clear_bit(PG_pinned, &page->flags);
458
459         if (pgfl && !PageHighMem(page)) {
460                 void *pt = lowmem_page_address(page);
461                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
462                 struct multicall_space mcs = __xen_mc_entry(0);
463
464                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
465                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL),
466                                         flags);
467         }
468
469         return 0;               /* never need to flush on unpin */
470 }
471
472 /* Release a pagetables pages back as normal RW */
473 static void xen_pgd_unpin(pgd_t *pgd)
474 {
475         struct mmuext_op *op;
476         struct multicall_space mcs;
477
478         xen_mc_batch();
479
480         mcs = __xen_mc_entry(sizeof(*op));
481
482         op = mcs.args;
483         op->cmd = MMUEXT_UNPIN_TABLE;
484         op->arg1.mfn = pfn_to_mfn(PFN_DOWN(__pa(pgd)));
485
486         MULTI_mmuext_op(mcs.mc, op, 1, NULL, DOMID_SELF);
487
488         pgd_walk(pgd, unpin_page, TASK_SIZE);
489
490         xen_mc_issue(0);
491 }
492
493 void xen_activate_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
494 {
495         spin_lock(&next->page_table_lock);
496         xen_pgd_pin(next->pgd);
497         spin_unlock(&next->page_table_lock);
498 }
499
500 void xen_dup_mmap(struct mm_struct *oldmm, struct mm_struct *mm)
501 {
502         spin_lock(&mm->page_table_lock);
503         xen_pgd_pin(mm->pgd);
504         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
505 }
506
507
508 #ifdef CONFIG_SMP
509 /* Another cpu may still have their %cr3 pointing at the pagetable, so
510    we need to repoint it somewhere else before we can unpin it. */
511 static void drop_other_mm_ref(void *info)
512 {
513         struct mm_struct *mm = info;
514
515         if (__get_cpu_var(cpu_tlbstate).active_mm == mm)
516                 leave_mm(smp_processor_id());
517 }
518
519 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
520 {
521         if (current->active_mm == mm) {
522                 if (current->mm == mm)
523                         load_cr3(swapper_pg_dir);
524                 else
525                         leave_mm(smp_processor_id());
526         }
527
528         if (!cpus_empty(mm->cpu_vm_mask))
529                 xen_smp_call_function_mask(mm->cpu_vm_mask, drop_other_mm_ref,
530                                            mm, 1);
531 }
532 #else
533 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
534 {
535         if (current->active_mm == mm)
536                 load_cr3(swapper_pg_dir);
537 }
538 #endif
539
540 /*
541  * While a process runs, Xen pins its pagetables, which means that the
542  * hypervisor forces it to be read-only, and it controls all updates
543  * to it.  This means that all pagetable updates have to go via the
544  * hypervisor, which is moderately expensive.
545  *
546  * Since we're pulling the pagetable down, we switch to use init_mm,
547  * unpin old process pagetable and mark it all read-write, which
548  * allows further operations on it to be simple memory accesses.
549  *
550  * The only subtle point is that another CPU may be still using the
551  * pagetable because of lazy tlb flushing.  This means we need need to
552  * switch all CPUs off this pagetable before we can unpin it.
553  */
554 void xen_exit_mmap(struct mm_struct *mm)
555 {
556         get_cpu();              /* make sure we don't move around */
557         drop_mm_ref(mm);
558         put_cpu();
559
560         spin_lock(&mm->page_table_lock);
561
562         /* pgd may not be pinned in the error exit path of execve */
563         if (PagePinned(virt_to_page(mm->pgd)))
564                 xen_pgd_unpin(mm->pgd);
565         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
566 }