xen: pin correct PGD on suspend
[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/debugfs.h>
44 #include <linux/bug.h>
45
46 #include <asm/pgtable.h>
47 #include <asm/tlbflush.h>
48 #include <asm/fixmap.h>
49 #include <asm/mmu_context.h>
50 #include <asm/paravirt.h>
51 #include <asm/linkage.h>
52
53 #include <asm/xen/hypercall.h>
54 #include <asm/xen/hypervisor.h>
55
56 #include <xen/page.h>
57 #include <xen/interface/xen.h>
58
59 #include "multicalls.h"
60 #include "mmu.h"
61 #include "debugfs.h"
62
63 #define MMU_UPDATE_HISTO        30
64
65 #ifdef CONFIG_XEN_DEBUG_FS
66
67 static struct {
68         u32 pgd_update;
69         u32 pgd_update_pinned;
70         u32 pgd_update_batched;
71
72         u32 pud_update;
73         u32 pud_update_pinned;
74         u32 pud_update_batched;
75
76         u32 pmd_update;
77         u32 pmd_update_pinned;
78         u32 pmd_update_batched;
79
80         u32 pte_update;
81         u32 pte_update_pinned;
82         u32 pte_update_batched;
83
84         u32 mmu_update;
85         u32 mmu_update_extended;
86         u32 mmu_update_histo[MMU_UPDATE_HISTO];
87
88         u32 prot_commit;
89         u32 prot_commit_batched;
90
91         u32 set_pte_at;
92         u32 set_pte_at_batched;
93         u32 set_pte_at_pinned;
94         u32 set_pte_at_current;
95         u32 set_pte_at_kernel;
96 } mmu_stats;
97
98 static u8 zero_stats;
99
100 static inline void check_zero(void)
101 {
102         if (unlikely(zero_stats)) {
103                 memset(&mmu_stats, 0, sizeof(mmu_stats));
104                 zero_stats = 0;
105         }
106 }
107
108 #define ADD_STATS(elem, val)                    \
109         do { check_zero(); mmu_stats.elem += (val); } while(0)
110
111 #else  /* !CONFIG_XEN_DEBUG_FS */
112
113 #define ADD_STATS(elem, val)    do { (void)(val); } while(0)
114
115 #endif /* CONFIG_XEN_DEBUG_FS */
116
117 /*
118  * Just beyond the highest usermode address.  STACK_TOP_MAX has a
119  * redzone above it, so round it up to a PGD boundary.
120  */
121 #define USER_LIMIT      ((STACK_TOP_MAX + PGDIR_SIZE - 1) & PGDIR_MASK)
122
123
124 #define P2M_ENTRIES_PER_PAGE    (PAGE_SIZE / sizeof(unsigned long))
125 #define TOP_ENTRIES             (MAX_DOMAIN_PAGES / P2M_ENTRIES_PER_PAGE)
126
127 /* Placeholder for holes in the address space */
128 static unsigned long p2m_missing[P2M_ENTRIES_PER_PAGE] __page_aligned_data =
129                 { [ 0 ... P2M_ENTRIES_PER_PAGE-1 ] = ~0UL };
130
131  /* Array of pointers to pages containing p2m entries */
132 static unsigned long *p2m_top[TOP_ENTRIES] __page_aligned_data =
133                 { [ 0 ... TOP_ENTRIES - 1] = &p2m_missing[0] };
134
135 /* Arrays of p2m arrays expressed in mfns used for save/restore */
136 static unsigned long p2m_top_mfn[TOP_ENTRIES] __page_aligned_bss;
137
138 static unsigned long p2m_top_mfn_list[TOP_ENTRIES / P2M_ENTRIES_PER_PAGE]
139         __page_aligned_bss;
140
141 static inline unsigned p2m_top_index(unsigned long pfn)
142 {
143         BUG_ON(pfn >= MAX_DOMAIN_PAGES);
144         return pfn / P2M_ENTRIES_PER_PAGE;
145 }
146
147 static inline unsigned p2m_index(unsigned long pfn)
148 {
149         return pfn % P2M_ENTRIES_PER_PAGE;
150 }
151
152 /* Build the parallel p2m_top_mfn structures */
153 void xen_setup_mfn_list_list(void)
154 {
155         unsigned pfn, idx;
156
157         for(pfn = 0; pfn < MAX_DOMAIN_PAGES; pfn += P2M_ENTRIES_PER_PAGE) {
158                 unsigned topidx = p2m_top_index(pfn);
159
160                 p2m_top_mfn[topidx] = virt_to_mfn(p2m_top[topidx]);
161         }
162
163         for(idx = 0; idx < ARRAY_SIZE(p2m_top_mfn_list); idx++) {
164                 unsigned topidx = idx * P2M_ENTRIES_PER_PAGE;
165                 p2m_top_mfn_list[idx] = virt_to_mfn(&p2m_top_mfn[topidx]);
166         }
167
168         BUG_ON(HYPERVISOR_shared_info == &xen_dummy_shared_info);
169
170         HYPERVISOR_shared_info->arch.pfn_to_mfn_frame_list_list =
171                 virt_to_mfn(p2m_top_mfn_list);
172         HYPERVISOR_shared_info->arch.max_pfn = xen_start_info->nr_pages;
173 }
174
175 /* Set up p2m_top to point to the domain-builder provided p2m pages */
176 void __init xen_build_dynamic_phys_to_machine(void)
177 {
178         unsigned long *mfn_list = (unsigned long *)xen_start_info->mfn_list;
179         unsigned long max_pfn = min(MAX_DOMAIN_PAGES, xen_start_info->nr_pages);
180         unsigned pfn;
181
182         for(pfn = 0; pfn < max_pfn; pfn += P2M_ENTRIES_PER_PAGE) {
183                 unsigned topidx = p2m_top_index(pfn);
184
185                 p2m_top[topidx] = &mfn_list[pfn];
186         }
187 }
188
189 unsigned long get_phys_to_machine(unsigned long pfn)
190 {
191         unsigned topidx, idx;
192
193         if (unlikely(pfn >= MAX_DOMAIN_PAGES))
194                 return INVALID_P2M_ENTRY;
195
196         topidx = p2m_top_index(pfn);
197         idx = p2m_index(pfn);
198         return p2m_top[topidx][idx];
199 }
200 EXPORT_SYMBOL_GPL(get_phys_to_machine);
201
202 static void alloc_p2m(unsigned long **pp, unsigned long *mfnp)
203 {
204         unsigned long *p;
205         unsigned i;
206
207         p = (void *)__get_free_page(GFP_KERNEL | __GFP_NOFAIL);
208         BUG_ON(p == NULL);
209
210         for(i = 0; i < P2M_ENTRIES_PER_PAGE; i++)
211                 p[i] = INVALID_P2M_ENTRY;
212
213         if (cmpxchg(pp, p2m_missing, p) != p2m_missing)
214                 free_page((unsigned long)p);
215         else
216                 *mfnp = virt_to_mfn(p);
217 }
218
219 void set_phys_to_machine(unsigned long pfn, unsigned long mfn)
220 {
221         unsigned topidx, idx;
222
223         if (unlikely(xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap))) {
224                 BUG_ON(pfn != mfn && mfn != INVALID_P2M_ENTRY);
225                 return;
226         }
227
228         if (unlikely(pfn >= MAX_DOMAIN_PAGES)) {
229                 BUG_ON(mfn != INVALID_P2M_ENTRY);
230                 return;
231         }
232
233         topidx = p2m_top_index(pfn);
234         if (p2m_top[topidx] == p2m_missing) {
235                 /* no need to allocate a page to store an invalid entry */
236                 if (mfn == INVALID_P2M_ENTRY)
237                         return;
238                 alloc_p2m(&p2m_top[topidx], &p2m_top_mfn[topidx]);
239         }
240
241         idx = p2m_index(pfn);
242         p2m_top[topidx][idx] = mfn;
243 }
244
245 xmaddr_t arbitrary_virt_to_machine(void *vaddr)
246 {
247         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
248         unsigned int level;
249         pte_t *pte;
250         unsigned offset;
251
252         /*
253          * if the PFN is in the linear mapped vaddr range, we can just use
254          * the (quick) virt_to_machine() p2m lookup
255          */
256         if (virt_addr_valid(vaddr))
257                 return virt_to_machine(vaddr);
258
259         /* otherwise we have to do a (slower) full page-table walk */
260
261         pte = lookup_address(address, &level);
262         BUG_ON(pte == NULL);
263         offset = address & ~PAGE_MASK;
264         return XMADDR(((phys_addr_t)pte_mfn(*pte) << PAGE_SHIFT) + offset);
265 }
266
267 void make_lowmem_page_readonly(void *vaddr)
268 {
269         pte_t *pte, ptev;
270         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
271         unsigned int level;
272
273         pte = lookup_address(address, &level);
274         BUG_ON(pte == NULL);
275
276         ptev = pte_wrprotect(*pte);
277
278         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
279                 BUG();
280 }
281
282 void make_lowmem_page_readwrite(void *vaddr)
283 {
284         pte_t *pte, ptev;
285         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
286         unsigned int level;
287
288         pte = lookup_address(address, &level);
289         BUG_ON(pte == NULL);
290
291         ptev = pte_mkwrite(*pte);
292
293         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
294                 BUG();
295 }
296
297
298 static bool xen_page_pinned(void *ptr)
299 {
300         struct page *page = virt_to_page(ptr);
301
302         return PagePinned(page);
303 }
304
305 static void xen_extend_mmu_update(const struct mmu_update *update)
306 {
307         struct multicall_space mcs;
308         struct mmu_update *u;
309
310         mcs = xen_mc_extend_args(__HYPERVISOR_mmu_update, sizeof(*u));
311
312         if (mcs.mc != NULL) {
313                 ADD_STATS(mmu_update_extended, 1);
314                 ADD_STATS(mmu_update_histo[mcs.mc->args[1]], -1);
315
316                 mcs.mc->args[1]++;
317
318                 if (mcs.mc->args[1] < MMU_UPDATE_HISTO)
319                         ADD_STATS(mmu_update_histo[mcs.mc->args[1]], 1);
320                 else
321                         ADD_STATS(mmu_update_histo[0], 1);
322         } else {
323                 ADD_STATS(mmu_update, 1);
324                 mcs = __xen_mc_entry(sizeof(*u));
325                 MULTI_mmu_update(mcs.mc, mcs.args, 1, NULL, DOMID_SELF);
326                 ADD_STATS(mmu_update_histo[1], 1);
327         }
328
329         u = mcs.args;
330         *u = *update;
331 }
332
333 void xen_set_pmd_hyper(pmd_t *ptr, pmd_t val)
334 {
335         struct mmu_update u;
336
337         preempt_disable();
338
339         xen_mc_batch();
340
341         /* ptr may be ioremapped for 64-bit pagetable setup */
342         u.ptr = arbitrary_virt_to_machine(ptr).maddr;
343         u.val = pmd_val_ma(val);
344         xen_extend_mmu_update(&u);
345
346         ADD_STATS(pmd_update_batched, paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU);
347
348         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
349
350         preempt_enable();
351 }
352
353 void xen_set_pmd(pmd_t *ptr, pmd_t val)
354 {
355         ADD_STATS(pmd_update, 1);
356
357         /* If page is not pinned, we can just update the entry
358            directly */
359         if (!xen_page_pinned(ptr)) {
360                 *ptr = val;
361                 return;
362         }
363
364         ADD_STATS(pmd_update_pinned, 1);
365
366         xen_set_pmd_hyper(ptr, val);
367 }
368
369 /*
370  * Associate a virtual page frame with a given physical page frame
371  * and protection flags for that frame.
372  */
373 void set_pte_mfn(unsigned long vaddr, unsigned long mfn, pgprot_t flags)
374 {
375         set_pte_vaddr(vaddr, mfn_pte(mfn, flags));
376 }
377
378 void xen_set_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
379                     pte_t *ptep, pte_t pteval)
380 {
381         /* updates to init_mm may be done without lock */
382         if (mm == &init_mm)
383                 preempt_disable();
384
385         ADD_STATS(set_pte_at, 1);
386 //      ADD_STATS(set_pte_at_pinned, xen_page_pinned(ptep));
387         ADD_STATS(set_pte_at_current, mm == current->mm);
388         ADD_STATS(set_pte_at_kernel, mm == &init_mm);
389
390         if (mm == current->mm || mm == &init_mm) {
391                 if (paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU) {
392                         struct multicall_space mcs;
393                         mcs = xen_mc_entry(0);
394
395                         MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, addr, pteval, 0);
396                         ADD_STATS(set_pte_at_batched, 1);
397                         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
398                         goto out;
399                 } else
400                         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(addr, pteval, 0) == 0)
401                                 goto out;
402         }
403         xen_set_pte(ptep, pteval);
404
405 out:
406         if (mm == &init_mm)
407                 preempt_enable();
408 }
409
410 pte_t xen_ptep_modify_prot_start(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
411 {
412         /* Just return the pte as-is.  We preserve the bits on commit */
413         return *ptep;
414 }
415
416 void xen_ptep_modify_prot_commit(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
417                                  pte_t *ptep, pte_t pte)
418 {
419         struct mmu_update u;
420
421         xen_mc_batch();
422
423         u.ptr = arbitrary_virt_to_machine(ptep).maddr | MMU_PT_UPDATE_PRESERVE_AD;
424         u.val = pte_val_ma(pte);
425         xen_extend_mmu_update(&u);
426
427         ADD_STATS(prot_commit, 1);
428         ADD_STATS(prot_commit_batched, paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU);
429
430         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
431 }
432
433 /* Assume pteval_t is equivalent to all the other *val_t types. */
434 static pteval_t pte_mfn_to_pfn(pteval_t val)
435 {
436         if (val & _PAGE_PRESENT) {
437                 unsigned long mfn = (val & PTE_PFN_MASK) >> PAGE_SHIFT;
438                 pteval_t flags = val & PTE_FLAGS_MASK;
439                 val = ((pteval_t)mfn_to_pfn(mfn) << PAGE_SHIFT) | flags;
440         }
441
442         return val;
443 }
444
445 static pteval_t pte_pfn_to_mfn(pteval_t val)
446 {
447         if (val & _PAGE_PRESENT) {
448                 unsigned long pfn = (val & PTE_PFN_MASK) >> PAGE_SHIFT;
449                 pteval_t flags = val & PTE_FLAGS_MASK;
450                 val = ((pteval_t)pfn_to_mfn(pfn) << PAGE_SHIFT) | flags;
451         }
452
453         return val;
454 }
455
456 pteval_t xen_pte_val(pte_t pte)
457 {
458         return pte_mfn_to_pfn(pte.pte);
459 }
460
461 pgdval_t xen_pgd_val(pgd_t pgd)
462 {
463         return pte_mfn_to_pfn(pgd.pgd);
464 }
465
466 pte_t xen_make_pte(pteval_t pte)
467 {
468         pte = pte_pfn_to_mfn(pte);
469         return native_make_pte(pte);
470 }
471
472 pgd_t xen_make_pgd(pgdval_t pgd)
473 {
474         pgd = pte_pfn_to_mfn(pgd);
475         return native_make_pgd(pgd);
476 }
477
478 pmdval_t xen_pmd_val(pmd_t pmd)
479 {
480         return pte_mfn_to_pfn(pmd.pmd);
481 }
482
483 void xen_set_pud_hyper(pud_t *ptr, pud_t val)
484 {
485         struct mmu_update u;
486
487         preempt_disable();
488
489         xen_mc_batch();
490
491         /* ptr may be ioremapped for 64-bit pagetable setup */
492         u.ptr = arbitrary_virt_to_machine(ptr).maddr;
493         u.val = pud_val_ma(val);
494         xen_extend_mmu_update(&u);
495
496         ADD_STATS(pud_update_batched, paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU);
497
498         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
499
500         preempt_enable();
501 }
502
503 void xen_set_pud(pud_t *ptr, pud_t val)
504 {
505         ADD_STATS(pud_update, 1);
506
507         /* If page is not pinned, we can just update the entry
508            directly */
509         if (!xen_page_pinned(ptr)) {
510                 *ptr = val;
511                 return;
512         }
513
514         ADD_STATS(pud_update_pinned, 1);
515
516         xen_set_pud_hyper(ptr, val);
517 }
518
519 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
520 {
521         ADD_STATS(pte_update, 1);
522 //      ADD_STATS(pte_update_pinned, xen_page_pinned(ptep));
523         ADD_STATS(pte_update_batched, paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU);
524
525 #ifdef CONFIG_X86_PAE
526         ptep->pte_high = pte.pte_high;
527         smp_wmb();
528         ptep->pte_low = pte.pte_low;
529 #else
530         *ptep = pte;
531 #endif
532 }
533
534 #ifdef CONFIG_X86_PAE
535 void xen_set_pte_atomic(pte_t *ptep, pte_t pte)
536 {
537         set_64bit((u64 *)ptep, native_pte_val(pte));
538 }
539
540 void xen_pte_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
541 {
542         ptep->pte_low = 0;
543         smp_wmb();              /* make sure low gets written first */
544         ptep->pte_high = 0;
545 }
546
547 void xen_pmd_clear(pmd_t *pmdp)
548 {
549         set_pmd(pmdp, __pmd(0));
550 }
551 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
552
553 pmd_t xen_make_pmd(pmdval_t pmd)
554 {
555         pmd = pte_pfn_to_mfn(pmd);
556         return native_make_pmd(pmd);
557 }
558
559 #if PAGETABLE_LEVELS == 4
560 pudval_t xen_pud_val(pud_t pud)
561 {
562         return pte_mfn_to_pfn(pud.pud);
563 }
564
565 pud_t xen_make_pud(pudval_t pud)
566 {
567         pud = pte_pfn_to_mfn(pud);
568
569         return native_make_pud(pud);
570 }
571
572 pgd_t *xen_get_user_pgd(pgd_t *pgd)
573 {
574         pgd_t *pgd_page = (pgd_t *)(((unsigned long)pgd) & PAGE_MASK);
575         unsigned offset = pgd - pgd_page;
576         pgd_t *user_ptr = NULL;
577
578         if (offset < pgd_index(USER_LIMIT)) {
579                 struct page *page = virt_to_page(pgd_page);
580                 user_ptr = (pgd_t *)page->private;
581                 if (user_ptr)
582                         user_ptr += offset;
583         }
584
585         return user_ptr;
586 }
587
588 static void __xen_set_pgd_hyper(pgd_t *ptr, pgd_t val)
589 {
590         struct mmu_update u;
591
592         u.ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
593         u.val = pgd_val_ma(val);
594         xen_extend_mmu_update(&u);
595 }
596
597 /*
598  * Raw hypercall-based set_pgd, intended for in early boot before
599  * there's a page structure.  This implies:
600  *  1. The only existing pagetable is the kernel's
601  *  2. It is always pinned
602  *  3. It has no user pagetable attached to it
603  */
604 void __init xen_set_pgd_hyper(pgd_t *ptr, pgd_t val)
605 {
606         preempt_disable();
607
608         xen_mc_batch();
609
610         __xen_set_pgd_hyper(ptr, val);
611
612         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
613
614         preempt_enable();
615 }
616
617 void xen_set_pgd(pgd_t *ptr, pgd_t val)
618 {
619         pgd_t *user_ptr = xen_get_user_pgd(ptr);
620
621         ADD_STATS(pgd_update, 1);
622
623         /* If page is not pinned, we can just update the entry
624            directly */
625         if (!xen_page_pinned(ptr)) {
626                 *ptr = val;
627                 if (user_ptr) {
628                         WARN_ON(xen_page_pinned(user_ptr));
629                         *user_ptr = val;
630                 }
631                 return;
632         }
633
634         ADD_STATS(pgd_update_pinned, 1);
635         ADD_STATS(pgd_update_batched, paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU);
636
637         /* If it's pinned, then we can at least batch the kernel and
638            user updates together. */
639         xen_mc_batch();
640
641         __xen_set_pgd_hyper(ptr, val);
642         if (user_ptr)
643                 __xen_set_pgd_hyper(user_ptr, val);
644
645         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
646 }
647 #endif  /* PAGETABLE_LEVELS == 4 */
648
649 /*
650  * (Yet another) pagetable walker.  This one is intended for pinning a
651  * pagetable.  This means that it walks a pagetable and calls the
652  * callback function on each page it finds making up the page table,
653  * at every level.  It walks the entire pagetable, but it only bothers
654  * pinning pte pages which are below limit.  In the normal case this
655  * will be STACK_TOP_MAX, but at boot we need to pin up to
656  * FIXADDR_TOP.
657  *
658  * For 32-bit the important bit is that we don't pin beyond there,
659  * because then we start getting into Xen's ptes.
660  *
661  * For 64-bit, we must skip the Xen hole in the middle of the address
662  * space, just after the big x86-64 virtual hole.
663  */
664 static int __xen_pgd_walk(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd,
665                           int (*func)(struct mm_struct *mm, struct page *,
666                                       enum pt_level),
667                           unsigned long limit)
668 {
669         int flush = 0;
670         unsigned hole_low, hole_high;
671         unsigned pgdidx_limit, pudidx_limit, pmdidx_limit;
672         unsigned pgdidx, pudidx, pmdidx;
673
674         /* The limit is the last byte to be touched */
675         limit--;
676         BUG_ON(limit >= FIXADDR_TOP);
677
678         if (xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap))
679                 return 0;
680
681         /*
682          * 64-bit has a great big hole in the middle of the address
683          * space, which contains the Xen mappings.  On 32-bit these
684          * will end up making a zero-sized hole and so is a no-op.
685          */
686         hole_low = pgd_index(USER_LIMIT);
687         hole_high = pgd_index(PAGE_OFFSET);
688
689         pgdidx_limit = pgd_index(limit);
690 #if PTRS_PER_PUD > 1
691         pudidx_limit = pud_index(limit);
692 #else
693         pudidx_limit = 0;
694 #endif
695 #if PTRS_PER_PMD > 1
696         pmdidx_limit = pmd_index(limit);
697 #else
698         pmdidx_limit = 0;
699 #endif
700
701         for (pgdidx = 0; pgdidx <= pgdidx_limit; pgdidx++) {
702                 pud_t *pud;
703
704                 if (pgdidx >= hole_low && pgdidx < hole_high)
705                         continue;
706
707                 if (!pgd_val(pgd[pgdidx]))
708                         continue;
709
710                 pud = pud_offset(&pgd[pgdidx], 0);
711
712                 if (PTRS_PER_PUD > 1) /* not folded */
713                         flush |= (*func)(mm, virt_to_page(pud), PT_PUD);
714
715                 for (pudidx = 0; pudidx < PTRS_PER_PUD; pudidx++) {
716                         pmd_t *pmd;
717
718                         if (pgdidx == pgdidx_limit &&
719                             pudidx > pudidx_limit)
720                                 goto out;
721
722                         if (pud_none(pud[pudidx]))
723                                 continue;
724
725                         pmd = pmd_offset(&pud[pudidx], 0);
726
727                         if (PTRS_PER_PMD > 1) /* not folded */
728                                 flush |= (*func)(mm, virt_to_page(pmd), PT_PMD);
729
730                         for (pmdidx = 0; pmdidx < PTRS_PER_PMD; pmdidx++) {
731                                 struct page *pte;
732
733                                 if (pgdidx == pgdidx_limit &&
734                                     pudidx == pudidx_limit &&
735                                     pmdidx > pmdidx_limit)
736                                         goto out;
737
738                                 if (pmd_none(pmd[pmdidx]))
739                                         continue;
740
741                                 pte = pmd_page(pmd[pmdidx]);
742                                 flush |= (*func)(mm, pte, PT_PTE);
743                         }
744                 }
745         }
746
747 out:
748         /* Do the top level last, so that the callbacks can use it as
749            a cue to do final things like tlb flushes. */
750         flush |= (*func)(mm, virt_to_page(pgd), PT_PGD);
751
752         return flush;
753 }
754
755 static int xen_pgd_walk(struct mm_struct *mm,
756                         int (*func)(struct mm_struct *mm, struct page *,
757                                     enum pt_level),
758                         unsigned long limit)
759 {
760         return __xen_pgd_walk(mm, mm->pgd, func, limit);
761 }
762
763 /* If we're using split pte locks, then take the page's lock and
764    return a pointer to it.  Otherwise return NULL. */
765 static spinlock_t *xen_pte_lock(struct page *page, struct mm_struct *mm)
766 {
767         spinlock_t *ptl = NULL;
768
769 #if USE_SPLIT_PTLOCKS
770         ptl = __pte_lockptr(page);
771         spin_lock_nest_lock(ptl, &mm->page_table_lock);
772 #endif
773
774         return ptl;
775 }
776
777 static void xen_pte_unlock(void *v)
778 {
779         spinlock_t *ptl = v;
780         spin_unlock(ptl);
781 }
782
783 static void xen_do_pin(unsigned level, unsigned long pfn)
784 {
785         struct mmuext_op *op;
786         struct multicall_space mcs;
787
788         mcs = __xen_mc_entry(sizeof(*op));
789         op = mcs.args;
790         op->cmd = level;
791         op->arg1.mfn = pfn_to_mfn(pfn);
792         MULTI_mmuext_op(mcs.mc, op, 1, NULL, DOMID_SELF);
793 }
794
795 static int xen_pin_page(struct mm_struct *mm, struct page *page,
796                         enum pt_level level)
797 {
798         unsigned pgfl = TestSetPagePinned(page);
799         int flush;
800
801         if (pgfl)
802                 flush = 0;              /* already pinned */
803         else if (PageHighMem(page))
804                 /* kmaps need flushing if we found an unpinned
805                    highpage */
806                 flush = 1;
807         else {
808                 void *pt = lowmem_page_address(page);
809                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
810                 struct multicall_space mcs = __xen_mc_entry(0);
811                 spinlock_t *ptl;
812
813                 flush = 0;
814
815                 /*
816                  * We need to hold the pagetable lock between the time
817                  * we make the pagetable RO and when we actually pin
818                  * it.  If we don't, then other users may come in and
819                  * attempt to update the pagetable by writing it,
820                  * which will fail because the memory is RO but not
821                  * pinned, so Xen won't do the trap'n'emulate.
822                  *
823                  * If we're using split pte locks, we can't hold the
824                  * entire pagetable's worth of locks during the
825                  * traverse, because we may wrap the preempt count (8
826                  * bits).  The solution is to mark RO and pin each PTE
827                  * page while holding the lock.  This means the number
828                  * of locks we end up holding is never more than a
829                  * batch size (~32 entries, at present).
830                  *
831                  * If we're not using split pte locks, we needn't pin
832                  * the PTE pages independently, because we're
833                  * protected by the overall pagetable lock.
834                  */
835                 ptl = NULL;
836                 if (level == PT_PTE)
837                         ptl = xen_pte_lock(page, mm);
838
839                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
840                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_RO),
841                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
842
843                 if (ptl) {
844                         xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L1_TABLE, pfn);
845
846                         /* Queue a deferred unlock for when this batch
847                            is completed. */
848                         xen_mc_callback(xen_pte_unlock, ptl);
849                 }
850         }
851
852         return flush;
853 }
854
855 /* This is called just after a mm has been created, but it has not
856    been used yet.  We need to make sure that its pagetable is all
857    read-only, and can be pinned. */
858 static void __xen_pgd_pin(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
859 {
860         vm_unmap_aliases();
861
862         xen_mc_batch();
863
864         if (__xen_pgd_walk(mm, pgd, xen_pin_page, USER_LIMIT)) {
865                 /* re-enable interrupts for flushing */
866                 xen_mc_issue(0);
867
868                 kmap_flush_unused();
869
870                 xen_mc_batch();
871         }
872
873 #ifdef CONFIG_X86_64
874         {
875                 pgd_t *user_pgd = xen_get_user_pgd(pgd);
876
877                 xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L4_TABLE, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
878
879                 if (user_pgd) {
880                         xen_pin_page(mm, virt_to_page(user_pgd), PT_PGD);
881                         xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L4_TABLE, PFN_DOWN(__pa(user_pgd)));
882                 }
883         }
884 #else /* CONFIG_X86_32 */
885 #ifdef CONFIG_X86_PAE
886         /* Need to make sure unshared kernel PMD is pinnable */
887         xen_pin_page(mm, pgd_page(pgd[pgd_index(TASK_SIZE)]),
888                      PT_PMD);
889 #endif
890         xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L3_TABLE, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
891 #endif /* CONFIG_X86_64 */
892         xen_mc_issue(0);
893 }
894
895 static void xen_pgd_pin(struct mm_struct *mm)
896 {
897         __xen_pgd_pin(mm, mm->pgd);
898 }
899
900 /*
901  * On save, we need to pin all pagetables to make sure they get their
902  * mfns turned into pfns.  Search the list for any unpinned pgds and pin
903  * them (unpinned pgds are not currently in use, probably because the
904  * process is under construction or destruction).
905  *
906  * Expected to be called in stop_machine() ("equivalent to taking
907  * every spinlock in the system"), so the locking doesn't really
908  * matter all that much.
909  */
910 void xen_mm_pin_all(void)
911 {
912         unsigned long flags;
913         struct page *page;
914
915         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
916
917         list_for_each_entry(page, &pgd_list, lru) {
918                 if (!PagePinned(page)) {
919                         __xen_pgd_pin(&init_mm, (pgd_t *)page_address(page));
920                         SetPageSavePinned(page);
921                 }
922         }
923
924         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
925 }
926
927 /*
928  * The init_mm pagetable is really pinned as soon as its created, but
929  * that's before we have page structures to store the bits.  So do all
930  * the book-keeping now.
931  */
932 static __init int xen_mark_pinned(struct mm_struct *mm, struct page *page,
933                                   enum pt_level level)
934 {
935         SetPagePinned(page);
936         return 0;
937 }
938
939 void __init xen_mark_init_mm_pinned(void)
940 {
941         xen_pgd_walk(&init_mm, xen_mark_pinned, FIXADDR_TOP);
942 }
943
944 static int xen_unpin_page(struct mm_struct *mm, struct page *page,
945                           enum pt_level level)
946 {
947         unsigned pgfl = TestClearPagePinned(page);
948
949         if (pgfl && !PageHighMem(page)) {
950                 void *pt = lowmem_page_address(page);
951                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
952                 spinlock_t *ptl = NULL;
953                 struct multicall_space mcs;
954
955                 /*
956                  * Do the converse to pin_page.  If we're using split
957                  * pte locks, we must be holding the lock for while
958                  * the pte page is unpinned but still RO to prevent
959                  * concurrent updates from seeing it in this
960                  * partially-pinned state.
961                  */
962                 if (level == PT_PTE) {
963                         ptl = xen_pte_lock(page, mm);
964
965                         if (ptl)
966                                 xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, pfn);
967                 }
968
969                 mcs = __xen_mc_entry(0);
970
971                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
972                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL),
973                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
974
975                 if (ptl) {
976                         /* unlock when batch completed */
977                         xen_mc_callback(xen_pte_unlock, ptl);
978                 }
979         }
980
981         return 0;               /* never need to flush on unpin */
982 }
983
984 /* Release a pagetables pages back as normal RW */
985 static void __xen_pgd_unpin(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd)
986 {
987         xen_mc_batch();
988
989         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
990
991 #ifdef CONFIG_X86_64
992         {
993                 pgd_t *user_pgd = xen_get_user_pgd(pgd);
994
995                 if (user_pgd) {
996                         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, PFN_DOWN(__pa(user_pgd)));
997                         xen_unpin_page(mm, virt_to_page(user_pgd), PT_PGD);
998                 }
999         }
1000 #endif
1001
1002 #ifdef CONFIG_X86_PAE
1003         /* Need to make sure unshared kernel PMD is unpinned */
1004         xen_unpin_page(mm, pgd_page(pgd[pgd_index(TASK_SIZE)]),
1005                        PT_PMD);
1006 #endif
1007
1008         __xen_pgd_walk(mm, pgd, xen_unpin_page, USER_LIMIT);
1009
1010         xen_mc_issue(0);
1011 }
1012
1013 static void xen_pgd_unpin(struct mm_struct *mm)
1014 {
1015         __xen_pgd_unpin(mm, mm->pgd);
1016 }
1017
1018 /*
1019  * On resume, undo any pinning done at save, so that the rest of the
1020  * kernel doesn't see any unexpected pinned pagetables.
1021  */
1022 void xen_mm_unpin_all(void)
1023 {
1024         unsigned long flags;
1025         struct page *page;
1026
1027         spin_lock_irqsave(&pgd_lock, flags);
1028
1029         list_for_each_entry(page, &pgd_list, lru) {
1030                 if (PageSavePinned(page)) {
1031                         BUG_ON(!PagePinned(page));
1032                         __xen_pgd_unpin(&init_mm, (pgd_t *)page_address(page));
1033                         ClearPageSavePinned(page);
1034                 }
1035         }
1036
1037         spin_unlock_irqrestore(&pgd_lock, flags);
1038 }
1039
1040 void xen_activate_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
1041 {
1042         spin_lock(&next->page_table_lock);
1043         xen_pgd_pin(next);
1044         spin_unlock(&next->page_table_lock);
1045 }
1046
1047 void xen_dup_mmap(struct mm_struct *oldmm, struct mm_struct *mm)
1048 {
1049         spin_lock(&mm->page_table_lock);
1050         xen_pgd_pin(mm);
1051         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
1052 }
1053
1054
1055 #ifdef CONFIG_SMP
1056 /* Another cpu may still have their %cr3 pointing at the pagetable, so
1057    we need to repoint it somewhere else before we can unpin it. */
1058 static void drop_other_mm_ref(void *info)
1059 {
1060         struct mm_struct *mm = info;
1061         struct mm_struct *active_mm;
1062
1063 #ifdef CONFIG_X86_64
1064         active_mm = read_pda(active_mm);
1065 #else
1066         active_mm = __get_cpu_var(cpu_tlbstate).active_mm;
1067 #endif
1068
1069         if (active_mm == mm)
1070                 leave_mm(smp_processor_id());
1071
1072         /* If this cpu still has a stale cr3 reference, then make sure
1073            it has been flushed. */
1074         if (x86_read_percpu(xen_current_cr3) == __pa(mm->pgd)) {
1075                 load_cr3(swapper_pg_dir);
1076                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
1077         }
1078 }
1079
1080 static void xen_drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
1081 {
1082         cpumask_t mask;
1083         unsigned cpu;
1084
1085         if (current->active_mm == mm) {
1086                 if (current->mm == mm)
1087                         load_cr3(swapper_pg_dir);
1088                 else
1089                         leave_mm(smp_processor_id());
1090                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
1091         }
1092
1093         /* Get the "official" set of cpus referring to our pagetable. */
1094         mask = mm->cpu_vm_mask;
1095
1096         /* It's possible that a vcpu may have a stale reference to our
1097            cr3, because its in lazy mode, and it hasn't yet flushed
1098            its set of pending hypercalls yet.  In this case, we can
1099            look at its actual current cr3 value, and force it to flush
1100            if needed. */
1101         for_each_online_cpu(cpu) {
1102                 if (per_cpu(xen_current_cr3, cpu) == __pa(mm->pgd))
1103                         cpu_set(cpu, mask);
1104         }
1105
1106         if (!cpus_empty(mask))
1107                 smp_call_function_mask(mask, drop_other_mm_ref, mm, 1);
1108 }
1109 #else
1110 static void xen_drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
1111 {
1112         if (current->active_mm == mm)
1113                 load_cr3(swapper_pg_dir);
1114 }
1115 #endif
1116
1117 /*
1118  * While a process runs, Xen pins its pagetables, which means that the
1119  * hypervisor forces it to be read-only, and it controls all updates
1120  * to it.  This means that all pagetable updates have to go via the
1121  * hypervisor, which is moderately expensive.
1122  *
1123  * Since we're pulling the pagetable down, we switch to use init_mm,
1124  * unpin old process pagetable and mark it all read-write, which
1125  * allows further operations on it to be simple memory accesses.
1126  *
1127  * The only subtle point is that another CPU may be still using the
1128  * pagetable because of lazy tlb flushing.  This means we need need to
1129  * switch all CPUs off this pagetable before we can unpin it.
1130  */
1131 void xen_exit_mmap(struct mm_struct *mm)
1132 {
1133         get_cpu();              /* make sure we don't move around */
1134         xen_drop_mm_ref(mm);
1135         put_cpu();
1136
1137         spin_lock(&mm->page_table_lock);
1138
1139         /* pgd may not be pinned in the error exit path of execve */
1140         if (xen_page_pinned(mm->pgd))
1141                 xen_pgd_unpin(mm);
1142
1143         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
1144 }
1145
1146 #ifdef CONFIG_XEN_DEBUG_FS
1147
1148 static struct dentry *d_mmu_debug;
1149
1150 static int __init xen_mmu_debugfs(void)
1151 {
1152         struct dentry *d_xen = xen_init_debugfs();
1153
1154         if (d_xen == NULL)
1155                 return -ENOMEM;
1156
1157         d_mmu_debug = debugfs_create_dir("mmu", d_xen);
1158
1159         debugfs_create_u8("zero_stats", 0644, d_mmu_debug, &zero_stats);
1160
1161         debugfs_create_u32("pgd_update", 0444, d_mmu_debug, &mmu_stats.pgd_update);
1162         debugfs_create_u32("pgd_update_pinned", 0444, d_mmu_debug,
1163                            &mmu_stats.pgd_update_pinned);
1164         debugfs_create_u32("pgd_update_batched", 0444, d_mmu_debug,
1165                            &mmu_stats.pgd_update_pinned);
1166
1167         debugfs_create_u32("pud_update", 0444, d_mmu_debug, &mmu_stats.pud_update);
1168         debugfs_create_u32("pud_update_pinned", 0444, d_mmu_debug,
1169                            &mmu_stats.pud_update_pinned);
1170         debugfs_create_u32("pud_update_batched", 0444, d_mmu_debug,
1171                            &mmu_stats.pud_update_pinned);
1172
1173         debugfs_create_u32("pmd_update", 0444, d_mmu_debug, &mmu_stats.pmd_update);
1174         debugfs_create_u32("pmd_update_pinned", 0444, d_mmu_debug,
1175                            &mmu_stats.pmd_update_pinned);
1176         debugfs_create_u32("pmd_update_batched", 0444, d_mmu_debug,
1177                            &mmu_stats.pmd_update_pinned);
1178
1179         debugfs_create_u32("pte_update", 0444, d_mmu_debug, &mmu_stats.pte_update);
1180 //      debugfs_create_u32("pte_update_pinned", 0444, d_mmu_debug,
1181 //                         &mmu_stats.pte_update_pinned);
1182         debugfs_create_u32("pte_update_batched", 0444, d_mmu_debug,
1183                            &mmu_stats.pte_update_pinned);
1184
1185         debugfs_create_u32("mmu_update", 0444, d_mmu_debug, &mmu_stats.mmu_update);
1186         debugfs_create_u32("mmu_update_extended", 0444, d_mmu_debug,
1187                            &mmu_stats.mmu_update_extended);
1188         xen_debugfs_create_u32_array("mmu_update_histo", 0444, d_mmu_debug,
1189                                      mmu_stats.mmu_update_histo, 20);
1190
1191         debugfs_create_u32("set_pte_at", 0444, d_mmu_debug, &mmu_stats.set_pte_at);
1192         debugfs_create_u32("set_pte_at_batched", 0444, d_mmu_debug,
1193                            &mmu_stats.set_pte_at_batched);
1194         debugfs_create_u32("set_pte_at_current", 0444, d_mmu_debug,
1195                            &mmu_stats.set_pte_at_current);
1196         debugfs_create_u32("set_pte_at_kernel", 0444, d_mmu_debug,
1197                            &mmu_stats.set_pte_at_kernel);
1198
1199         debugfs_create_u32("prot_commit", 0444, d_mmu_debug, &mmu_stats.prot_commit);
1200         debugfs_create_u32("prot_commit_batched", 0444, d_mmu_debug,
1201                            &mmu_stats.prot_commit_batched);
1202
1203         return 0;
1204 }
1205 fs_initcall(xen_mmu_debugfs);
1206
1207 #endif  /* CONFIG_XEN_DEBUG_FS */