arch/x86/mm/mem_encrypt.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * AMD Memory Encryption Support
   4  *
   5  * Copyright (C) 2016 Advanced Micro Devices, Inc.
   6  *
   7  * Author: Tom Lendacky <thomas.lendacky@amd.com>
   8  */
   9
  10 #define DISABLE_BRANCH_PROFILING
  11
  12 #include <linux/linkage.h>
  13 #include <linux/init.h>
  14 #include <linux/mm.h>
  15 #include <linux/dma-direct.h>
  16 #include <linux/swiotlb.h>
  17 #include <linux/mem_encrypt.h>
  18 #include <linux/device.h>
  19 #include <linux/kernel.h>
  20 #include <linux/bitops.h>
  21 #include <linux/dma-mapping.h>
  22
  23 #include <asm/tlbflush.h>
  24 #include <asm/fixmap.h>
  25 #include <asm/setup.h>
  26 #include <asm/bootparam.h>
  27 #include <asm/set_memory.h>
  28 #include <asm/cacheflush.h>
  29 #include <asm/processor-flags.h>
  30 #include <asm/msr.h>
  31 #include <asm/cmdline.h>
  32
  33 #include "mm_internal.h"
  34
  35 /*
  36  * Since SME related variables are set early in the boot process they must
  37  * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
  38  * section is later cleared.
  39  */
  40 u64 sme_me_mask __section(".data") = 0;
  41 u64 sev_status __section(".data") = 0;
  42 u64 sev_check_data __section(".data") = 0;
  43 EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);
  44 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(sev_enable_key);
  45 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_enable_key);
  46
  47 bool sev_enabled __section(".data");
  48
  49 /* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
  50 static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
  51
  52 /*
  53  * This routine does not change the underlying encryption setting of the
  54  * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
  55  * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
  56  * are currently not in the desired state.
  57  *
  58  * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
  59  * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
  60  */
  61 static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
  62                                        unsigned long size, bool enc)
  63 {
  64         void *src, *dst;
  65         size_t len;
  66
  67         if (!sme_me_mask)
  68                 return;
  69
  70         wbinvd();
  71
  72         /*
  73          * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
  74          * one page at time.
  75          */
  76         while (size) {
  77                 len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);
  78
  79                 /*
  80                  * Create mappings for the current and desired format of
  81                  * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
  82                  */
  83                 src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
  84                             early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);
  85
  86                 dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
  87                             early_memremap_decrypted(paddr, len);
  88
  89                 /*
  90                  * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
  91                  * then eventual access of that area in the desired mode
  92                  * will cause a crash.
  93                  */
  94                 BUG_ON(!src || !dst);
  95
  96                 /*
  97                  * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
  98                  * avoid data corruption as documented in the APM.
  99                  */
 100                 memcpy(sme_early_buffer, src, len);
 101                 memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
 102
 103                 early_memunmap(dst, len);
 104                 early_memunmap(src, len);
 105
 106                 paddr += len;
 107                 size -= len;
 108         }
 109 }
 110
 111 void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 112 {
 113         __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
 114 }
 115
 116 void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 117 {
 118         __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
 119 }
 120
 121 static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
 122                                              bool map)
 123 {
 124         unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 125         pmdval_t pmd_flags, pmd;
 126
 127         /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 128         pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);
 129
 130         do {
 131                 pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
 132                 __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);
 133
 134                 vaddr += PMD_SIZE;
 135                 paddr += PMD_SIZE;
 136                 size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 137         } while (size);
 138
 139         flush_tlb_local();
 140 }
 141
 142 void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
 143 {
 144         struct boot_params *boot_data;
 145         unsigned long cmdline_paddr;
 146
 147         if (!sme_active())
 148                 return;
 149
 150         /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 151         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 152         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 153
 154         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);
 155
 156         if (!cmdline_paddr)
 157                 return;
 158
 159         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
 160 }
 161
 162 void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
 163 {
 164         struct boot_params *boot_data;
 165         unsigned long cmdline_paddr;
 166
 167         if (!sme_active())
 168                 return;
 169
 170         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);
 171
 172         /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 173         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 174         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 175
 176         if (!cmdline_paddr)
 177                 return;
 178
 179         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
 180 }
 181
 182 void __init sme_early_init(void)
 183 {
 184         unsigned int i;
 185
 186         if (!sme_me_mask)
 187                 return;
 188
 189         early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);
 190
 191         __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);
 192
 193         /* Update the protection map with memory encryption mask */
 194         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(protection_map); i++)
 195                 protection_map[i] = pgprot_encrypted(protection_map[i]);
 196
 197         if (sev_active())
 198                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 199 }
 200
 201 void __init sev_setup_arch(void)
 202 {
 203         phys_addr_t total_mem = memblock_phys_mem_size();
 204         unsigned long size;
 205
 206         if (!sev_active())
 207                 return;
 208
 209         /*
 210          * For SEV, all DMA has to occur via shared/unencrypted pages.
 211          * SEV uses SWIOTLB to make this happen without changing device
 212          * drivers. However, depending on the workload being run, the
 213          * default 64MB of SWIOTLB may not be enough and SWIOTLB may
 214          * run out of buffers for DMA, resulting in I/O errors and/or
 215          * performance degradation especially with high I/O workloads.
 216          *
 217          * Adjust the default size of SWIOTLB for SEV guests using
 218          * a percentage of guest memory for SWIOTLB buffers.
 219          * Also, as the SWIOTLB bounce buffer memory is allocated
 220          * from low memory, ensure that the adjusted size is within
 221          * the limits of low available memory.
 222          *
 223          * The percentage of guest memory used here for SWIOTLB buffers
 224          * is more of an approximation of the static adjustment which
 225          * 64MB for <1G, and ~128M to 256M for 1G-to-4G, i.e., the 6%
 226          */
 227         size = total_mem * 6 / 100;
 228         size = clamp_val(size, IO_TLB_DEFAULT_SIZE, SZ_1G);
 229         swiotlb_adjust_size(size);
 230 }
 231
 232 static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
 233 {
 234         pgprot_t old_prot, new_prot;
 235         unsigned long pfn, pa, size;
 236         pte_t new_pte;
 237
 238         switch (level) {
 239         case PG_LEVEL_4K:
 240                 pfn = pte_pfn(*kpte);
 241                 old_prot = pte_pgprot(*kpte);
 242                 break;
 243         case PG_LEVEL_2M:
 244                 pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
 245                 old_prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
 246                 break;
 247         case PG_LEVEL_1G:
 248                 pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
 249                 old_prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
 250                 break;
 251         default:
 252                 return;
 253         }
 254
 255         new_prot = old_prot;
 256         if (enc)
 257                 pgprot_val(new_prot) |= _PAGE_ENC;
 258         else
 259                 pgprot_val(new_prot) &= ~_PAGE_ENC;
 260
 261         /* If prot is same then do nothing. */
 262         if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(new_prot))
 263                 return;
 264
 265         pa = pfn << PAGE_SHIFT;
 266         size = page_level_size(level);
 267
 268         /*
 269          * We are going to perform in-place en-/decryption and change the
 270          * physical page attribute from C=1 to C=0 or vice versa. Flush the
 271          * caches to ensure that data gets accessed with the correct C-bit.
 272          */
 273         clflush_cache_range(__va(pa), size);
 274
 275         /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 276         if (enc)
 277                 sme_early_encrypt(pa, size);
 278         else
 279                 sme_early_decrypt(pa, size);
 280
 281         /* Change the page encryption mask. */
 282         new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 283         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 284 }
 285
 286 static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
 287                                            unsigned long size, bool enc)
 288 {
 289         unsigned long vaddr_end, vaddr_next;
 290         unsigned long psize, pmask;
 291         int split_page_size_mask;
 292         int level, ret;
 293         pte_t *kpte;
 294
 295         vaddr_next = vaddr;
 296         vaddr_end = vaddr + size;
 297
 298         for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
 299                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 300                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 301                         ret = 1;
 302                         goto out;
 303                 }
 304
 305                 if (level == PG_LEVEL_4K) {
 306                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 307                         vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
 308                         continue;
 309                 }
 310
 311                 psize = page_level_size(level);
 312                 pmask = page_level_mask(level);
 313
 314                 /*
 315                  * Check whether we can change the large page in one go.
 316                  * We request a split when the address is not aligned and
 317                  * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 318                  * than the number of pages in the large page.
 319                  */
 320                 if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
 321                     ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
 322                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 323                         vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
 324                         continue;
 325                 }
 326
 327                 /*
 328                  * The virtual address is part of a larger page, create the next
 329                  * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 330                  * page then we request a split of the large page into 4K
 331                  * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 332                  */
 333                 if (level == PG_LEVEL_2M)
 334                         split_page_size_mask = 0;
 335                 else
 336                         split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;
 337
 338                 /*
 339                  * kernel_physical_mapping_change() does not flush the TLBs, so
 340                  * a TLB flush is required after we exit from the for loop.
 341                  */
 342                 kernel_physical_mapping_change(__pa(vaddr & pmask),
 343                                                __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
 344                                                split_page_size_mask);
 345         }
 346
 347         ret = 0;
 348
 349 out:
 350         __flush_tlb_all();
 351         return ret;
 352 }
 353
 354 int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 355 {
 356         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
 357 }
 358
 359 int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 360 {
 361         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
 362 }
 363
 364 /*
 365  * SME and SEV are very similar but they are not the same, so there are
 366  * times that the kernel will need to distinguish between SME and SEV. The
 367  * sme_active() and sev_active() functions are used for this.  When a
 368  * distinction isn't needed, the mem_encrypt_active() function can be used.
 369  *
 370  * The trampoline code is a good example for this requirement.  Before
 371  * paging is activated, SME will access all memory as decrypted, but SEV
 372  * will access all memory as encrypted.  So, when APs are being brought
 373  * up under SME the trampoline area cannot be encrypted, whereas under SEV
 374  * the trampoline area must be encrypted.
 375  */
 376 bool sme_active(void)
 377 {
 378         return sme_me_mask && !sev_enabled;
 379 }
 380
 381 bool sev_active(void)
 382 {
 383         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ENABLED;
 384 }
 385 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_active);
 386
 387 /* Needs to be called from non-instrumentable code */
 388 bool noinstr sev_es_active(void)
 389 {
 390         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ES_ENABLED;
 391 }
 392
 393 /* Override for DMA direct allocation check - ARCH_HAS_FORCE_DMA_UNENCRYPTED */
 394 bool force_dma_unencrypted(struct device *dev)
 395 {
 396         /*
 397          * For SEV, all DMA must be to unencrypted addresses.
 398          */
 399         if (sev_active())
 400                 return true;
 401
 402         /*
 403          * For SME, all DMA must be to unencrypted addresses if the
 404          * device does not support DMA to addresses that include the
 405          * encryption mask.
 406          */
 407         if (sme_active()) {
 408                 u64 dma_enc_mask = DMA_BIT_MASK(__ffs64(sme_me_mask));
 409                 u64 dma_dev_mask = min_not_zero(dev->coherent_dma_mask,
 410                                                 dev->bus_dma_limit);
 411
 412                 if (dma_dev_mask <= dma_enc_mask)
 413                         return true;
 414         }
 415
 416         return false;
 417 }
 418
 419 void __init mem_encrypt_free_decrypted_mem(void)
 420 {
 421         unsigned long vaddr, vaddr_end, npages;
 422         int r;
 423
 424         vaddr = (unsigned long)__start_bss_decrypted_unused;
 425         vaddr_end = (unsigned long)__end_bss_decrypted;
 426         npages = (vaddr_end - vaddr) >> PAGE_SHIFT;
 427
 428         /*
 429          * The unused memory range was mapped decrypted, change the encryption
 430          * attribute from decrypted to encrypted before freeing it.
 431          */
 432         if (mem_encrypt_active()) {
 433                 r = set_memory_encrypted(vaddr, npages);
 434                 if (r) {
 435                         pr_warn("failed to free unused decrypted pages\n");
 436                         return;
 437                 }
 438         }
 439
 440         free_init_pages("unused decrypted", vaddr, vaddr_end);
 441 }
 442
 443 static void print_mem_encrypt_feature_info(void)
 444 {
 445         pr_info("AMD Memory Encryption Features active:");
 446
 447         /* Secure Memory Encryption */
 448         if (sme_active()) {
 449                 /*
 450                  * SME is mutually exclusive with any of the SEV
 451                  * features below.
 452                  */
 453                 pr_cont(" SME\n");
 454                 return;
 455         }
 456
 457         /* Secure Encrypted Virtualization */
 458         if (sev_active())
 459                 pr_cont(" SEV");
 460
 461         /* Encrypted Register State */
 462         if (sev_es_active())
 463                 pr_cont(" SEV-ES");
 464
 465         pr_cont("\n");
 466 }
 467
 468 /* Architecture __weak replacement functions */
 469 void __init mem_encrypt_init(void)
 470 {
 471         if (!sme_me_mask)
 472                 return;
 473
 474         /* Call into SWIOTLB to update the SWIOTLB DMA buffers */
 475         swiotlb_update_mem_attributes();
 476
 477         /*
 478          * With SEV, we need to unroll the rep string I/O instructions,
 479          * but SEV-ES supports them through the #VC handler.
 480          */
 481         if (sev_active() && !sev_es_active())
 482                 static_branch_enable(&sev_enable_key);
 483
 484         print_mem_encrypt_feature_info();
 485 }
 486