Merge tag 'devicetree-fixes-for-4.19-2' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / x86 / include / asm / tlbflush.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _ASM_X86_TLBFLUSH_H
3 #define _ASM_X86_TLBFLUSH_H
4
5 #include <linux/mm.h>
6 #include <linux/sched.h>
7
8 #include <asm/processor.h>
9 #include <asm/cpufeature.h>
10 #include <asm/special_insns.h>
11 #include <asm/smp.h>
12 #include <asm/invpcid.h>
13 #include <asm/pti.h>
14 #include <asm/processor-flags.h>
15
16 /*
17  * The x86 feature is called PCID (Process Context IDentifier). It is similar
18  * to what is traditionally called ASID on the RISC processors.
19  *
20  * We don't use the traditional ASID implementation, where each process/mm gets
21  * its own ASID and flush/restart when we run out of ASID space.
22  *
23  * Instead we have a small per-cpu array of ASIDs and cache the last few mm's
24  * that came by on this CPU, allowing cheaper switch_mm between processes on
25  * this CPU.
26  *
27  * We end up with different spaces for different things. To avoid confusion we
28  * use different names for each of them:
29  *
30  * ASID  - [0, TLB_NR_DYN_ASIDS-1]
31  *         the canonical identifier for an mm
32  *
33  * kPCID - [1, TLB_NR_DYN_ASIDS]
34  *         the value we write into the PCID part of CR3; corresponds to the
35  *         ASID+1, because PCID 0 is special.
36  *
37  * uPCID - [2048 + 1, 2048 + TLB_NR_DYN_ASIDS]
38  *         for KPTI each mm has two address spaces and thus needs two
39  *         PCID values, but we can still do with a single ASID denomination
40  *         for each mm. Corresponds to kPCID + 2048.
41  *
42  */
43
44 /* There are 12 bits of space for ASIDS in CR3 */
45 #define CR3_HW_ASID_BITS                12
46
47 /*
48  * When enabled, PAGE_TABLE_ISOLATION consumes a single bit for
49  * user/kernel switches
50  */
51 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
52 # define PTI_CONSUMED_PCID_BITS 1
53 #else
54 # define PTI_CONSUMED_PCID_BITS 0
55 #endif
56
57 #define CR3_AVAIL_PCID_BITS (X86_CR3_PCID_BITS - PTI_CONSUMED_PCID_BITS)
58
59 /*
60  * ASIDs are zero-based: 0->MAX_AVAIL_ASID are valid.  -1 below to account
61  * for them being zero-based.  Another -1 is because PCID 0 is reserved for
62  * use by non-PCID-aware users.
63  */
64 #define MAX_ASID_AVAILABLE ((1 << CR3_AVAIL_PCID_BITS) - 2)
65
66 /*
67  * 6 because 6 should be plenty and struct tlb_state will fit in two cache
68  * lines.
69  */
70 #define TLB_NR_DYN_ASIDS        6
71
72 /*
73  * Given @asid, compute kPCID
74  */
75 static inline u16 kern_pcid(u16 asid)
76 {
77         VM_WARN_ON_ONCE(asid > MAX_ASID_AVAILABLE);
78
79 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
80         /*
81          * Make sure that the dynamic ASID space does not confict with the
82          * bit we are using to switch between user and kernel ASIDs.
83          */
84         BUILD_BUG_ON(TLB_NR_DYN_ASIDS >= (1 << X86_CR3_PTI_PCID_USER_BIT));
85
86         /*
87          * The ASID being passed in here should have respected the
88          * MAX_ASID_AVAILABLE and thus never have the switch bit set.
89          */
90         VM_WARN_ON_ONCE(asid & (1 << X86_CR3_PTI_PCID_USER_BIT));
91 #endif
92         /*
93          * The dynamically-assigned ASIDs that get passed in are small
94          * (<TLB_NR_DYN_ASIDS).  They never have the high switch bit set,
95          * so do not bother to clear it.
96          *
97          * If PCID is on, ASID-aware code paths put the ASID+1 into the
98          * PCID bits.  This serves two purposes.  It prevents a nasty
99          * situation in which PCID-unaware code saves CR3, loads some other
100          * value (with PCID == 0), and then restores CR3, thus corrupting
101          * the TLB for ASID 0 if the saved ASID was nonzero.  It also means
102          * that any bugs involving loading a PCID-enabled CR3 with
103          * CR4.PCIDE off will trigger deterministically.
104          */
105         return asid + 1;
106 }
107
108 /*
109  * Given @asid, compute uPCID
110  */
111 static inline u16 user_pcid(u16 asid)
112 {
113         u16 ret = kern_pcid(asid);
114 #ifdef CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION
115         ret |= 1 << X86_CR3_PTI_PCID_USER_BIT;
116 #endif
117         return ret;
118 }
119
120 struct pgd_t;
121 static inline unsigned long build_cr3(pgd_t *pgd, u16 asid)
122 {
123         if (static_cpu_has(X86_FEATURE_PCID)) {
124                 return __sme_pa(pgd) | kern_pcid(asid);
125         } else {
126                 VM_WARN_ON_ONCE(asid != 0);
127                 return __sme_pa(pgd);
128         }
129 }
130
131 static inline unsigned long build_cr3_noflush(pgd_t *pgd, u16 asid)
132 {
133         VM_WARN_ON_ONCE(asid > MAX_ASID_AVAILABLE);
134         /*
135          * Use boot_cpu_has() instead of this_cpu_has() as this function
136          * might be called during early boot. This should work even after
137          * boot because all CPU's the have same capabilities:
138          */
139         VM_WARN_ON_ONCE(!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PCID));
140         return __sme_pa(pgd) | kern_pcid(asid) | CR3_NOFLUSH;
141 }
142
143 #ifdef CONFIG_PARAVIRT
144 #include <asm/paravirt.h>
145 #else
146 #define __flush_tlb() __native_flush_tlb()
147 #define __flush_tlb_global() __native_flush_tlb_global()
148 #define __flush_tlb_one_user(addr) __native_flush_tlb_one_user(addr)
149 #endif
150
151 static inline bool tlb_defer_switch_to_init_mm(void)
152 {
153         /*
154          * If we have PCID, then switching to init_mm is reasonably
155          * fast.  If we don't have PCID, then switching to init_mm is
156          * quite slow, so we try to defer it in the hopes that we can
157          * avoid it entirely.  The latter approach runs the risk of
158          * receiving otherwise unnecessary IPIs.
159          *
160          * This choice is just a heuristic.  The tlb code can handle this
161          * function returning true or false regardless of whether we have
162          * PCID.
163          */
164         return !static_cpu_has(X86_FEATURE_PCID);
165 }
166
167 struct tlb_context {
168         u64 ctx_id;
169         u64 tlb_gen;
170 };
171
172 struct tlb_state {
173         /*
174          * cpu_tlbstate.loaded_mm should match CR3 whenever interrupts
175          * are on.  This means that it may not match current->active_mm,
176          * which will contain the previous user mm when we're in lazy TLB
177          * mode even if we've already switched back to swapper_pg_dir.
178          *
179          * During switch_mm_irqs_off(), loaded_mm will be set to
180          * LOADED_MM_SWITCHING during the brief interrupts-off window
181          * when CR3 and loaded_mm would otherwise be inconsistent.  This
182          * is for nmi_uaccess_okay()'s benefit.
183          */
184         struct mm_struct *loaded_mm;
185
186 #define LOADED_MM_SWITCHING ((struct mm_struct *)1)
187
188         u16 loaded_mm_asid;
189         u16 next_asid;
190         /* last user mm's ctx id */
191         u64 last_ctx_id;
192
193         /*
194          * We can be in one of several states:
195          *
196          *  - Actively using an mm.  Our CPU's bit will be set in
197          *    mm_cpumask(loaded_mm) and is_lazy == false;
198          *
199          *  - Not using a real mm.  loaded_mm == &init_mm.  Our CPU's bit
200          *    will not be set in mm_cpumask(&init_mm) and is_lazy == false.
201          *
202          *  - Lazily using a real mm.  loaded_mm != &init_mm, our bit
203          *    is set in mm_cpumask(loaded_mm), but is_lazy == true.
204          *    We're heuristically guessing that the CR3 load we
205          *    skipped more than makes up for the overhead added by
206          *    lazy mode.
207          */
208         bool is_lazy;
209
210         /*
211          * If set we changed the page tables in such a way that we
212          * needed an invalidation of all contexts (aka. PCIDs / ASIDs).
213          * This tells us to go invalidate all the non-loaded ctxs[]
214          * on the next context switch.
215          *
216          * The current ctx was kept up-to-date as it ran and does not
217          * need to be invalidated.
218          */
219         bool invalidate_other;
220
221         /*
222          * Mask that contains TLB_NR_DYN_ASIDS+1 bits to indicate
223          * the corresponding user PCID needs a flush next time we
224          * switch to it; see SWITCH_TO_USER_CR3.
225          */
226         unsigned short user_pcid_flush_mask;
227
228         /*
229          * Access to this CR4 shadow and to H/W CR4 is protected by
230          * disabling interrupts when modifying either one.
231          */
232         unsigned long cr4;
233
234         /*
235          * This is a list of all contexts that might exist in the TLB.
236          * There is one per ASID that we use, and the ASID (what the
237          * CPU calls PCID) is the index into ctxts.
238          *
239          * For each context, ctx_id indicates which mm the TLB's user
240          * entries came from.  As an invariant, the TLB will never
241          * contain entries that are out-of-date as when that mm reached
242          * the tlb_gen in the list.
243          *
244          * To be clear, this means that it's legal for the TLB code to
245          * flush the TLB without updating tlb_gen.  This can happen
246          * (for now, at least) due to paravirt remote flushes.
247          *
248          * NB: context 0 is a bit special, since it's also used by
249          * various bits of init code.  This is fine -- code that
250          * isn't aware of PCID will end up harmlessly flushing
251          * context 0.
252          */
253         struct tlb_context ctxs[TLB_NR_DYN_ASIDS];
254 };
255 DECLARE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate);
256
257 /*
258  * Blindly accessing user memory from NMI context can be dangerous
259  * if we're in the middle of switching the current user task or
260  * switching the loaded mm.  It can also be dangerous if we
261  * interrupted some kernel code that was temporarily using a
262  * different mm.
263  */
264 static inline bool nmi_uaccess_okay(void)
265 {
266         struct mm_struct *loaded_mm = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm);
267         struct mm_struct *current_mm = current->mm;
268
269         VM_WARN_ON_ONCE(!loaded_mm);
270
271         /*
272          * The condition we want to check is
273          * current_mm->pgd == __va(read_cr3_pa()).  This may be slow, though,
274          * if we're running in a VM with shadow paging, and nmi_uaccess_okay()
275          * is supposed to be reasonably fast.
276          *
277          * Instead, we check the almost equivalent but somewhat conservative
278          * condition below, and we rely on the fact that switch_mm_irqs_off()
279          * sets loaded_mm to LOADED_MM_SWITCHING before writing to CR3.
280          */
281         if (loaded_mm != current_mm)
282                 return false;
283
284         VM_WARN_ON_ONCE(current_mm->pgd != __va(read_cr3_pa()));
285
286         return true;
287 }
288
289 /* Initialize cr4 shadow for this CPU. */
290 static inline void cr4_init_shadow(void)
291 {
292         this_cpu_write(cpu_tlbstate.cr4, __read_cr4());
293 }
294
295 static inline void __cr4_set(unsigned long cr4)
296 {
297         lockdep_assert_irqs_disabled();
298         this_cpu_write(cpu_tlbstate.cr4, cr4);
299         __write_cr4(cr4);
300 }
301
302 /* Set in this cpu's CR4. */
303 static inline void cr4_set_bits(unsigned long mask)
304 {
305         unsigned long cr4, flags;
306
307         local_irq_save(flags);
308         cr4 = this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
309         if ((cr4 | mask) != cr4)
310                 __cr4_set(cr4 | mask);
311         local_irq_restore(flags);
312 }
313
314 /* Clear in this cpu's CR4. */
315 static inline void cr4_clear_bits(unsigned long mask)
316 {
317         unsigned long cr4, flags;
318
319         local_irq_save(flags);
320         cr4 = this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
321         if ((cr4 & ~mask) != cr4)
322                 __cr4_set(cr4 & ~mask);
323         local_irq_restore(flags);
324 }
325
326 static inline void cr4_toggle_bits_irqsoff(unsigned long mask)
327 {
328         unsigned long cr4;
329
330         cr4 = this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
331         __cr4_set(cr4 ^ mask);
332 }
333
334 /* Read the CR4 shadow. */
335 static inline unsigned long cr4_read_shadow(void)
336 {
337         return this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
338 }
339
340 /*
341  * Mark all other ASIDs as invalid, preserves the current.
342  */
343 static inline void invalidate_other_asid(void)
344 {
345         this_cpu_write(cpu_tlbstate.invalidate_other, true);
346 }
347
348 /*
349  * Save some of cr4 feature set we're using (e.g.  Pentium 4MB
350  * enable and PPro Global page enable), so that any CPU's that boot
351  * up after us can get the correct flags.  This should only be used
352  * during boot on the boot cpu.
353  */
354 extern unsigned long mmu_cr4_features;
355 extern u32 *trampoline_cr4_features;
356
357 static inline void cr4_set_bits_and_update_boot(unsigned long mask)
358 {
359         mmu_cr4_features |= mask;
360         if (trampoline_cr4_features)
361                 *trampoline_cr4_features = mmu_cr4_features;
362         cr4_set_bits(mask);
363 }
364
365 extern void initialize_tlbstate_and_flush(void);
366
367 /*
368  * Given an ASID, flush the corresponding user ASID.  We can delay this
369  * until the next time we switch to it.
370  *
371  * See SWITCH_TO_USER_CR3.
372  */
373 static inline void invalidate_user_asid(u16 asid)
374 {
375         /* There is no user ASID if address space separation is off */
376         if (!IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_TABLE_ISOLATION))
377                 return;
378
379         /*
380          * We only have a single ASID if PCID is off and the CR3
381          * write will have flushed it.
382          */
383         if (!cpu_feature_enabled(X86_FEATURE_PCID))
384                 return;
385
386         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
387                 return;
388
389         __set_bit(kern_pcid(asid),
390                   (unsigned long *)this_cpu_ptr(&cpu_tlbstate.user_pcid_flush_mask));
391 }
392
393 /*
394  * flush the entire current user mapping
395  */
396 static inline void __native_flush_tlb(void)
397 {
398         /*
399          * Preemption or interrupts must be disabled to protect the access
400          * to the per CPU variable and to prevent being preempted between
401          * read_cr3() and write_cr3().
402          */
403         WARN_ON_ONCE(preemptible());
404
405         invalidate_user_asid(this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid));
406
407         /* If current->mm == NULL then the read_cr3() "borrows" an mm */
408         native_write_cr3(__native_read_cr3());
409 }
410
411 /*
412  * flush everything
413  */
414 static inline void __native_flush_tlb_global(void)
415 {
416         unsigned long cr4, flags;
417
418         if (static_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID)) {
419                 /*
420                  * Using INVPCID is considerably faster than a pair of writes
421                  * to CR4 sandwiched inside an IRQ flag save/restore.
422                  *
423                  * Note, this works with CR4.PCIDE=0 or 1.
424                  */
425                 invpcid_flush_all();
426                 return;
427         }
428
429         /*
430          * Read-modify-write to CR4 - protect it from preemption and
431          * from interrupts. (Use the raw variant because this code can
432          * be called from deep inside debugging code.)
433          */
434         raw_local_irq_save(flags);
435
436         cr4 = this_cpu_read(cpu_tlbstate.cr4);
437         /* toggle PGE */
438         native_write_cr4(cr4 ^ X86_CR4_PGE);
439         /* write old PGE again and flush TLBs */
440         native_write_cr4(cr4);
441
442         raw_local_irq_restore(flags);
443 }
444
445 /*
446  * flush one page in the user mapping
447  */
448 static inline void __native_flush_tlb_one_user(unsigned long addr)
449 {
450         u32 loaded_mm_asid = this_cpu_read(cpu_tlbstate.loaded_mm_asid);
451
452         asm volatile("invlpg (%0)" ::"r" (addr) : "memory");
453
454         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
455                 return;
456
457         /*
458          * Some platforms #GP if we call invpcid(type=1/2) before CR4.PCIDE=1.
459          * Just use invalidate_user_asid() in case we are called early.
460          */
461         if (!this_cpu_has(X86_FEATURE_INVPCID_SINGLE))
462                 invalidate_user_asid(loaded_mm_asid);
463         else
464                 invpcid_flush_one(user_pcid(loaded_mm_asid), addr);
465 }
466
467 /*
468  * flush everything
469  */
470 static inline void __flush_tlb_all(void)
471 {
472         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PGE)) {
473                 __flush_tlb_global();
474         } else {
475                 /*
476                  * !PGE -> !PCID (setup_pcid()), thus every flush is total.
477                  */
478                 __flush_tlb();
479         }
480 }
481
482 /*
483  * flush one page in the kernel mapping
484  */
485 static inline void __flush_tlb_one_kernel(unsigned long addr)
486 {
487         count_vm_tlb_event(NR_TLB_LOCAL_FLUSH_ONE);
488
489         /*
490          * If PTI is off, then __flush_tlb_one_user() is just INVLPG or its
491          * paravirt equivalent.  Even with PCID, this is sufficient: we only
492          * use PCID if we also use global PTEs for the kernel mapping, and
493          * INVLPG flushes global translations across all address spaces.
494          *
495          * If PTI is on, then the kernel is mapped with non-global PTEs, and
496          * __flush_tlb_one_user() will flush the given address for the current
497          * kernel address space and for its usermode counterpart, but it does
498          * not flush it for other address spaces.
499          */
500         __flush_tlb_one_user(addr);
501
502         if (!static_cpu_has(X86_FEATURE_PTI))
503                 return;
504
505         /*
506          * See above.  We need to propagate the flush to all other address
507          * spaces.  In principle, we only need to propagate it to kernelmode
508          * address spaces, but the extra bookkeeping we would need is not
509          * worth it.
510          */
511         invalidate_other_asid();
512 }
513
514 #define TLB_FLUSH_ALL   -1UL
515
516 /*
517  * TLB flushing:
518  *
519  *  - flush_tlb_all() flushes all processes TLBs
520  *  - flush_tlb_mm(mm) flushes the specified mm context TLB's
521  *  - flush_tlb_page(vma, vmaddr) flushes one page
522  *  - flush_tlb_range(vma, start, end) flushes a range of pages
523  *  - flush_tlb_kernel_range(start, end) flushes a range of kernel pages
524  *  - flush_tlb_others(cpumask, info) flushes TLBs on other cpus
525  *
526  * ..but the i386 has somewhat limited tlb flushing capabilities,
527  * and page-granular flushes are available only on i486 and up.
528  */
529 struct flush_tlb_info {
530         /*
531          * We support several kinds of flushes.
532          *
533          * - Fully flush a single mm.  .mm will be set, .end will be
534          *   TLB_FLUSH_ALL, and .new_tlb_gen will be the tlb_gen to
535          *   which the IPI sender is trying to catch us up.
536          *
537          * - Partially flush a single mm.  .mm will be set, .start and
538          *   .end will indicate the range, and .new_tlb_gen will be set
539          *   such that the changes between generation .new_tlb_gen-1 and
540          *   .new_tlb_gen are entirely contained in the indicated range.
541          *
542          * - Fully flush all mms whose tlb_gens have been updated.  .mm
543          *   will be NULL, .end will be TLB_FLUSH_ALL, and .new_tlb_gen
544          *   will be zero.
545          */
546         struct mm_struct        *mm;
547         unsigned long           start;
548         unsigned long           end;
549         u64                     new_tlb_gen;
550 };
551
552 #define local_flush_tlb() __flush_tlb()
553
554 #define flush_tlb_mm(mm)        flush_tlb_mm_range(mm, 0UL, TLB_FLUSH_ALL, 0UL)
555
556 #define flush_tlb_range(vma, start, end)        \
557                 flush_tlb_mm_range(vma->vm_mm, start, end, vma->vm_flags)
558
559 extern void flush_tlb_all(void);
560 extern void flush_tlb_mm_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
561                                 unsigned long end, unsigned long vmflag);
562 extern void flush_tlb_kernel_range(unsigned long start, unsigned long end);
563
564 static inline void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long a)
565 {
566         flush_tlb_mm_range(vma->vm_mm, a, a + PAGE_SIZE, VM_NONE);
567 }
568
569 void native_flush_tlb_others(const struct cpumask *cpumask,
570                              const struct flush_tlb_info *info);
571
572 static inline u64 inc_mm_tlb_gen(struct mm_struct *mm)
573 {
574         /*
575          * Bump the generation count.  This also serves as a full barrier
576          * that synchronizes with switch_mm(): callers are required to order
577          * their read of mm_cpumask after their writes to the paging
578          * structures.
579          */
580         return atomic64_inc_return(&mm->context.tlb_gen);
581 }
582
583 static inline void arch_tlbbatch_add_mm(struct arch_tlbflush_unmap_batch *batch,
584                                         struct mm_struct *mm)
585 {
586         inc_mm_tlb_gen(mm);
587         cpumask_or(&batch->cpumask, &batch->cpumask, mm_cpumask(mm));
588 }
589
590 extern void arch_tlbbatch_flush(struct arch_tlbflush_unmap_batch *batch);
591
592 #ifndef CONFIG_PARAVIRT
593 #define flush_tlb_others(mask, info)    \
594         native_flush_tlb_others(mask, info)
595
596 #define paravirt_tlb_remove_table(tlb, page) \
597         tlb_remove_page(tlb, (void *)(page))
598 #endif
599
600 #endif /* _ASM_X86_TLBFLUSH_H */