arch/x86/boot/compressed/ident_map_64.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2 /*
   3  * This code is used on x86_64 to create page table identity mappings on
   4  * demand by building up a new set of page tables (or appending to the
   5  * existing ones), and then switching over to them when ready.
   6  *
   7  * Copyright (C) 2015-2016  Yinghai Lu
   8  * Copyright (C)      2016  Kees Cook
   9  */
  10
  11 /*
  12  * Since we're dealing with identity mappings, physical and virtual
  13  * addresses are the same, so override these defines which are ultimately
  14  * used by the headers in misc.h.
  15  */
  16 #define __pa(x)  ((unsigned long)(x))
  17 #define __va(x)  ((void *)((unsigned long)(x)))
  18
  19 /* No PAGE_TABLE_ISOLATION support needed either: */
  20 #undef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
  21
  22 #include "error.h"
  23 #include "misc.h"
  24
  25 /* These actually do the work of building the kernel identity maps. */
  26 #include <linux/pgtable.h>
  27 #include <asm/cmpxchg.h>
  28 #include <asm/trap_pf.h>
  29 #include <asm/trapnr.h>
  30 #include <asm/init.h>
  31 /* Use the static base for this part of the boot process */
  32 #undef __PAGE_OFFSET
  33 #define __PAGE_OFFSET __PAGE_OFFSET_BASE
  34 #include "../../mm/ident_map.c"
  35
  36 /* Used by PAGE_KERN* macros: */
  37 pteval_t __default_kernel_pte_mask __read_mostly = ~0;
  38
  39 /* Used to track our page table allocation area. */
  40 struct alloc_pgt_data {
  41         unsigned char *pgt_buf;
  42         unsigned long pgt_buf_size;
  43         unsigned long pgt_buf_offset;
  44 };
  45
  46 /*
  47  * Allocates space for a page table entry, using struct alloc_pgt_data
  48  * above. Besides the local callers, this is used as the allocation
  49  * callback in mapping_info below.
  50  */
  51 static void *alloc_pgt_page(void *context)
  52 {
  53         struct alloc_pgt_data *pages = (struct alloc_pgt_data *)context;
  54         unsigned char *entry;
  55
  56         /* Validate there is space available for a new page. */
  57         if (pages->pgt_buf_offset >= pages->pgt_buf_size) {
  58                 debug_putstr("out of pgt_buf in " __FILE__ "!?\n");
  59                 debug_putaddr(pages->pgt_buf_offset);
  60                 debug_putaddr(pages->pgt_buf_size);
  61                 return NULL;
  62         }
  63
  64         entry = pages->pgt_buf + pages->pgt_buf_offset;
  65         pages->pgt_buf_offset += PAGE_SIZE;
  66
  67         return entry;
  68 }
  69
  70 /* Used to track our allocated page tables. */
  71 static struct alloc_pgt_data pgt_data;
  72
  73 /* The top level page table entry pointer. */
  74 static unsigned long top_level_pgt;
  75
  76 phys_addr_t physical_mask = (1ULL << __PHYSICAL_MASK_SHIFT) - 1;
  77
  78 /*
  79  * Mapping information structure passed to kernel_ident_mapping_init().
  80  * Due to relocation, pointers must be assigned at run time not build time.
  81  */
  82 static struct x86_mapping_info mapping_info;
  83
  84 /*
  85  * Adds the specified range to the identity mappings.
  86  */
  87 static void add_identity_map(unsigned long start, unsigned long end)
  88 {
  89         int ret;
  90
  91         /* Align boundary to 2M. */
  92         start = round_down(start, PMD_SIZE);
  93         end = round_up(end, PMD_SIZE);
  94         if (start >= end)
  95                 return;
  96
  97         /* Build the mapping. */
  98         ret = kernel_ident_mapping_init(&mapping_info, (pgd_t *)top_level_pgt, start, end);
  99         if (ret)
 100                 error("Error: kernel_ident_mapping_init() failed\n");
 101 }
 102
 103 /* Locates and clears a region for a new top level page table. */
 104 void initialize_identity_maps(void)
 105 {
 106         /* Exclude the encryption mask from __PHYSICAL_MASK */
 107         physical_mask &= ~sme_me_mask;
 108
 109         /* Init mapping_info with run-time function/buffer pointers. */
 110         mapping_info.alloc_pgt_page = alloc_pgt_page;
 111         mapping_info.context = &pgt_data;
 112         mapping_info.page_flag = __PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC | sme_me_mask;
 113         mapping_info.kernpg_flag = _KERNPG_TABLE;
 114
 115         /*
 116          * It should be impossible for this not to already be true,
 117          * but since calling this a second time would rewind the other
 118          * counters, let's just make sure this is reset too.
 119          */
 120         pgt_data.pgt_buf_offset = 0;
 121
 122         /*
 123          * If we came here via startup_32(), cr3 will be _pgtable already
 124          * and we must append to the existing area instead of entirely
 125          * overwriting it.
 126          *
 127          * With 5-level paging, we use '_pgtable' to allocate the p4d page table,
 128          * the top-level page table is allocated separately.
 129          *
 130          * p4d_offset(top_level_pgt, 0) would cover both the 4- and 5-level
 131          * cases. On 4-level paging it's equal to 'top_level_pgt'.
 132          */
 133         top_level_pgt = read_cr3_pa();
 134         if (p4d_offset((pgd_t *)top_level_pgt, 0) == (p4d_t *)_pgtable) {
 135                 pgt_data.pgt_buf = _pgtable + BOOT_INIT_PGT_SIZE;
 136                 pgt_data.pgt_buf_size = BOOT_PGT_SIZE - BOOT_INIT_PGT_SIZE;
 137                 memset(pgt_data.pgt_buf, 0, pgt_data.pgt_buf_size);
 138         } else {
 139                 pgt_data.pgt_buf = _pgtable;
 140                 pgt_data.pgt_buf_size = BOOT_PGT_SIZE;
 141                 memset(pgt_data.pgt_buf, 0, pgt_data.pgt_buf_size);
 142                 top_level_pgt = (unsigned long)alloc_pgt_page(&pgt_data);
 143         }
 144
 145         /*
 146          * New page-table is set up - map the kernel image and load it
 147          * into cr3.
 148          */
 149         add_identity_map((unsigned long)_head, (unsigned long)_end);
 150         write_cr3(top_level_pgt);
 151 }
 152
 153 /*
 154  * This switches the page tables to the new level4 that has been built
 155  * via calls to add_identity_map() above. If booted via startup_32(),
 156  * this is effectively a no-op.
 157  */
 158 void finalize_identity_maps(void)
 159 {
 160         write_cr3(top_level_pgt);
 161 }
 162
 163 static pte_t *split_large_pmd(struct x86_mapping_info *info,
 164                               pmd_t *pmdp, unsigned long __address)
 165 {
 166         unsigned long page_flags;
 167         unsigned long address;
 168         pte_t *pte;
 169         pmd_t pmd;
 170         int i;
 171
 172         pte = (pte_t *)info->alloc_pgt_page(info->context);
 173         if (!pte)
 174                 return NULL;
 175
 176         address     = __address & PMD_MASK;
 177         /* No large page - clear PSE flag */
 178         page_flags  = info->page_flag & ~_PAGE_PSE;
 179
 180         /* Populate the PTEs */
 181         for (i = 0; i < PTRS_PER_PMD; i++) {
 182                 set_pte(&pte[i], __pte(address | page_flags));
 183                 address += PAGE_SIZE;
 184         }
 185
 186         /*
 187          * Ideally we need to clear the large PMD first and do a TLB
 188          * flush before we write the new PMD. But the 2M range of the
 189          * PMD might contain the code we execute and/or the stack
 190          * we are on, so we can't do that. But that should be safe here
 191          * because we are going from large to small mappings and we are
 192          * also the only user of the page-table, so there is no chance
 193          * of a TLB multihit.
 194          */
 195         pmd = __pmd((unsigned long)pte | info->kernpg_flag);
 196         set_pmd(pmdp, pmd);
 197         /* Flush TLB to establish the new PMD */
 198         write_cr3(top_level_pgt);
 199
 200         return pte + pte_index(__address);
 201 }
 202
 203 static void clflush_page(unsigned long address)
 204 {
 205         unsigned int flush_size;
 206         char *cl, *start, *end;
 207
 208         /*
 209          * Hardcode cl-size to 64 - CPUID can't be used here because that might
 210          * cause another #VC exception and the GHCB is not ready to use yet.
 211          */
 212         flush_size = 64;
 213         start      = (char *)(address & PAGE_MASK);
 214         end        = start + PAGE_SIZE;
 215
 216         /*
 217          * First make sure there are no pending writes on the cache-lines to
 218          * flush.
 219          */
 220         asm volatile("mfence" : : : "memory");
 221
 222         for (cl = start; cl != end; cl += flush_size)
 223                 clflush(cl);
 224 }
 225
 226 static int set_clr_page_flags(struct x86_mapping_info *info,
 227                               unsigned long address,
 228                               pteval_t set, pteval_t clr)
 229 {
 230         pgd_t *pgdp = (pgd_t *)top_level_pgt;
 231         p4d_t *p4dp;
 232         pud_t *pudp;
 233         pmd_t *pmdp;
 234         pte_t *ptep, pte;
 235
 236         /*
 237          * First make sure there is a PMD mapping for 'address'.
 238          * It should already exist, but keep things generic.
 239          *
 240          * To map the page just read from it and fault it in if there is no
 241          * mapping yet. add_identity_map() can't be called here because that
 242          * would unconditionally map the address on PMD level, destroying any
 243          * PTE-level mappings that might already exist. Use assembly here so
 244          * the access won't be optimized away.
 245          */
 246         asm volatile("mov %[address], %%r9"
 247                      :: [address] "g" (*(unsigned long *)address)
 248                      : "r9", "memory");
 249
 250         /*
 251          * The page is mapped at least with PMD size - so skip checks and walk
 252          * directly to the PMD.
 253          */
 254         p4dp = p4d_offset(pgdp, address);
 255         pudp = pud_offset(p4dp, address);
 256         pmdp = pmd_offset(pudp, address);
 257
 258         if (pmd_large(*pmdp))
 259                 ptep = split_large_pmd(info, pmdp, address);
 260         else
 261                 ptep = pte_offset_kernel(pmdp, address);
 262
 263         if (!ptep)
 264                 return -ENOMEM;
 265
 266         /*
 267          * Changing encryption attributes of a page requires to flush it from
 268          * the caches.
 269          */
 270         if ((set | clr) & _PAGE_ENC)
 271                 clflush_page(address);
 272
 273         /* Update PTE */
 274         pte = *ptep;
 275         pte = pte_set_flags(pte, set);
 276         pte = pte_clear_flags(pte, clr);
 277         set_pte(ptep, pte);
 278
 279         /* Flush TLB after changing encryption attribute */
 280         write_cr3(top_level_pgt);
 281
 282         return 0;
 283 }
 284
 285 int set_page_decrypted(unsigned long address)
 286 {
 287         return set_clr_page_flags(&mapping_info, address, 0, _PAGE_ENC);
 288 }
 289
 290 int set_page_encrypted(unsigned long address)
 291 {
 292         return set_clr_page_flags(&mapping_info, address, _PAGE_ENC, 0);
 293 }
 294
 295 int set_page_non_present(unsigned long address)
 296 {
 297         return set_clr_page_flags(&mapping_info, address, 0, _PAGE_PRESENT);
 298 }
 299
 300 static void do_pf_error(const char *msg, unsigned long error_code,
 301                         unsigned long address, unsigned long ip)
 302 {
 303         error_putstr(msg);
 304
 305         error_putstr("\nError Code: ");
 306         error_puthex(error_code);
 307         error_putstr("\nCR2: 0x");
 308         error_puthex(address);
 309         error_putstr("\nRIP relative to _head: 0x");
 310         error_puthex(ip - (unsigned long)_head);
 311         error_putstr("\n");
 312
 313         error("Stopping.\n");
 314 }
 315
 316 void do_boot_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)
 317 {
 318         unsigned long address = native_read_cr2();
 319         unsigned long end;
 320         bool ghcb_fault;
 321
 322         ghcb_fault = sev_es_check_ghcb_fault(address);
 323
 324         address   &= PMD_MASK;
 325         end        = address + PMD_SIZE;
 326
 327         /*
 328          * Check for unexpected error codes. Unexpected are:
 329          *      - Faults on present pages
 330          *      - User faults
 331          *      - Reserved bits set
 332          */
 333         if (error_code & (X86_PF_PROT | X86_PF_USER | X86_PF_RSVD))
 334                 do_pf_error("Unexpected page-fault:", error_code, address, regs->ip);
 335         else if (ghcb_fault)
 336                 do_pf_error("Page-fault on GHCB page:", error_code, address, regs->ip);
 337
 338         /*
 339          * Error code is sane - now identity map the 2M region around
 340          * the faulting address.
 341          */
 342         add_identity_map(address, end);
 343 }