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 #include <linux/virtio_config.h>
  23
  24 #include <asm/tlbflush.h>
  25 #include <asm/fixmap.h>
  26 #include <asm/setup.h>
  27 #include <asm/bootparam.h>
  28 #include <asm/set_memory.h>
  29 #include <asm/cacheflush.h>
  30 #include <asm/processor-flags.h>
  31 #include <asm/msr.h>
  32 #include <asm/cmdline.h>
  33
  34 #include "mm_internal.h"
  35
  36 /*
  37  * Since SME related variables are set early in the boot process they must
  38  * reside in the .data section so as not to be zeroed out when the .bss
  39  * section is later cleared.
  40  */
  41 u64 sme_me_mask __section(".data") = 0;
  42 u64 sev_status __section(".data") = 0;
  43 u64 sev_check_data __section(".data") = 0;
  44 EXPORT_SYMBOL(sme_me_mask);
  45 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(sev_enable_key);
  46 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_enable_key);
  47
  48 /* Buffer used for early in-place encryption by BSP, no locking needed */
  49 static char sme_early_buffer[PAGE_SIZE] __initdata __aligned(PAGE_SIZE);
  50
  51 /*
  52  * This routine does not change the underlying encryption setting of the
  53  * page(s) that map this memory. It assumes that eventually the memory is
  54  * meant to be accessed as either encrypted or decrypted but the contents
  55  * are currently not in the desired state.
  56  *
  57  * This routine follows the steps outlined in the AMD64 Architecture
  58  * Programmer's Manual Volume 2, Section 7.10.8 Encrypt-in-Place.
  59  */
  60 static void __init __sme_early_enc_dec(resource_size_t paddr,
  61                                        unsigned long size, bool enc)
  62 {
  63         void *src, *dst;
  64         size_t len;
  65
  66         if (!sme_me_mask)
  67                 return;
  68
  69         wbinvd();
  70
  71         /*
  72          * There are limited number of early mapping slots, so map (at most)
  73          * one page at time.
  74          */
  75         while (size) {
  76                 len = min_t(size_t, sizeof(sme_early_buffer), size);
  77
  78                 /*
  79                  * Create mappings for the current and desired format of
  80                  * the memory. Use a write-protected mapping for the source.
  81                  */
  82                 src = enc ? early_memremap_decrypted_wp(paddr, len) :
  83                             early_memremap_encrypted_wp(paddr, len);
  84
  85                 dst = enc ? early_memremap_encrypted(paddr, len) :
  86                             early_memremap_decrypted(paddr, len);
  87
  88                 /*
  89                  * If a mapping can't be obtained to perform the operation,
  90                  * then eventual access of that area in the desired mode
  91                  * will cause a crash.
  92                  */
  93                 BUG_ON(!src || !dst);
  94
  95                 /*
  96                  * Use a temporary buffer, of cache-line multiple size, to
  97                  * avoid data corruption as documented in the APM.
  98                  */
  99                 memcpy(sme_early_buffer, src, len);
 100                 memcpy(dst, sme_early_buffer, len);
 101
 102                 early_memunmap(dst, len);
 103                 early_memunmap(src, len);
 104
 105                 paddr += len;
 106                 size -= len;
 107         }
 108 }
 109
 110 void __init sme_early_encrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 111 {
 112         __sme_early_enc_dec(paddr, size, true);
 113 }
 114
 115 void __init sme_early_decrypt(resource_size_t paddr, unsigned long size)
 116 {
 117         __sme_early_enc_dec(paddr, size, false);
 118 }
 119
 120 static void __init __sme_early_map_unmap_mem(void *vaddr, unsigned long size,
 121                                              bool map)
 122 {
 123         unsigned long paddr = (unsigned long)vaddr - __PAGE_OFFSET;
 124         pmdval_t pmd_flags, pmd;
 125
 126         /* Use early_pmd_flags but remove the encryption mask */
 127         pmd_flags = __sme_clr(early_pmd_flags);
 128
 129         do {
 130                 pmd = map ? (paddr & PMD_MASK) + pmd_flags : 0;
 131                 __early_make_pgtable((unsigned long)vaddr, pmd);
 132
 133                 vaddr += PMD_SIZE;
 134                 paddr += PMD_SIZE;
 135                 size = (size <= PMD_SIZE) ? 0 : size - PMD_SIZE;
 136         } while (size);
 137
 138         flush_tlb_local();
 139 }
 140
 141 void __init sme_unmap_bootdata(char *real_mode_data)
 142 {
 143         struct boot_params *boot_data;
 144         unsigned long cmdline_paddr;
 145
 146         if (!sme_active())
 147                 return;
 148
 149         /* Get the command line address before unmapping the real_mode_data */
 150         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 151         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 152
 153         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), false);
 154
 155         if (!cmdline_paddr)
 156                 return;
 157
 158         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, false);
 159 }
 160
 161 void __init sme_map_bootdata(char *real_mode_data)
 162 {
 163         struct boot_params *boot_data;
 164         unsigned long cmdline_paddr;
 165
 166         if (!sme_active())
 167                 return;
 168
 169         __sme_early_map_unmap_mem(real_mode_data, sizeof(boot_params), true);
 170
 171         /* Get the command line address after mapping the real_mode_data */
 172         boot_data = (struct boot_params *)real_mode_data;
 173         cmdline_paddr = boot_data->hdr.cmd_line_ptr | ((u64)boot_data->ext_cmd_line_ptr << 32);
 174
 175         if (!cmdline_paddr)
 176                 return;
 177
 178         __sme_early_map_unmap_mem(__va(cmdline_paddr), COMMAND_LINE_SIZE, true);
 179 }
 180
 181 void __init sme_early_init(void)
 182 {
 183         unsigned int i;
 184
 185         if (!sme_me_mask)
 186                 return;
 187
 188         early_pmd_flags = __sme_set(early_pmd_flags);
 189
 190         __supported_pte_mask = __sme_set(__supported_pte_mask);
 191
 192         /* Update the protection map with memory encryption mask */
 193         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(protection_map); i++)
 194                 protection_map[i] = pgprot_encrypted(protection_map[i]);
 195
 196         if (sev_active())
 197                 swiotlb_force = SWIOTLB_FORCE;
 198 }
 199
 200 void __init sev_setup_arch(void)
 201 {
 202         phys_addr_t total_mem = memblock_phys_mem_size();
 203         unsigned long size;
 204
 205         if (!sev_active())
 206                 return;
 207
 208         /*
 209          * For SEV, all DMA has to occur via shared/unencrypted pages.
 210          * SEV uses SWIOTLB to make this happen without changing device
 211          * drivers. However, depending on the workload being run, the
 212          * default 64MB of SWIOTLB may not be enough and SWIOTLB may
 213          * run out of buffers for DMA, resulting in I/O errors and/or
 214          * performance degradation especially with high I/O workloads.
 215          *
 216          * Adjust the default size of SWIOTLB for SEV guests using
 217          * a percentage of guest memory for SWIOTLB buffers.
 218          * Also, as the SWIOTLB bounce buffer memory is allocated
 219          * from low memory, ensure that the adjusted size is within
 220          * the limits of low available memory.
 221          *
 222          * The percentage of guest memory used here for SWIOTLB buffers
 223          * is more of an approximation of the static adjustment which
 224          * 64MB for <1G, and ~128M to 256M for 1G-to-4G, i.e., the 6%
 225          */
 226         size = total_mem * 6 / 100;
 227         size = clamp_val(size, IO_TLB_DEFAULT_SIZE, SZ_1G);
 228         swiotlb_adjust_size(size);
 229 }
 230
 231 static void __init __set_clr_pte_enc(pte_t *kpte, int level, bool enc)
 232 {
 233         pgprot_t old_prot, new_prot;
 234         unsigned long pfn, pa, size;
 235         pte_t new_pte;
 236
 237         switch (level) {
 238         case PG_LEVEL_4K:
 239                 pfn = pte_pfn(*kpte);
 240                 old_prot = pte_pgprot(*kpte);
 241                 break;
 242         case PG_LEVEL_2M:
 243                 pfn = pmd_pfn(*(pmd_t *)kpte);
 244                 old_prot = pmd_pgprot(*(pmd_t *)kpte);
 245                 break;
 246         case PG_LEVEL_1G:
 247                 pfn = pud_pfn(*(pud_t *)kpte);
 248                 old_prot = pud_pgprot(*(pud_t *)kpte);
 249                 break;
 250         default:
 251                 return;
 252         }
 253
 254         new_prot = old_prot;
 255         if (enc)
 256                 pgprot_val(new_prot) |= _PAGE_ENC;
 257         else
 258                 pgprot_val(new_prot) &= ~_PAGE_ENC;
 259
 260         /* If prot is same then do nothing. */
 261         if (pgprot_val(old_prot) == pgprot_val(new_prot))
 262                 return;
 263
 264         pa = pfn << PAGE_SHIFT;
 265         size = page_level_size(level);
 266
 267         /*
 268          * We are going to perform in-place en-/decryption and change the
 269          * physical page attribute from C=1 to C=0 or vice versa. Flush the
 270          * caches to ensure that data gets accessed with the correct C-bit.
 271          */
 272         clflush_cache_range(__va(pa), size);
 273
 274         /* Encrypt/decrypt the contents in-place */
 275         if (enc)
 276                 sme_early_encrypt(pa, size);
 277         else
 278                 sme_early_decrypt(pa, size);
 279
 280         /* Change the page encryption mask. */
 281         new_pte = pfn_pte(pfn, new_prot);
 282         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
 283 }
 284
 285 static int __init early_set_memory_enc_dec(unsigned long vaddr,
 286                                            unsigned long size, bool enc)
 287 {
 288         unsigned long vaddr_end, vaddr_next;
 289         unsigned long psize, pmask;
 290         int split_page_size_mask;
 291         int level, ret;
 292         pte_t *kpte;
 293
 294         vaddr_next = vaddr;
 295         vaddr_end = vaddr + size;
 296
 297         for (; vaddr < vaddr_end; vaddr = vaddr_next) {
 298                 kpte = lookup_address(vaddr, &level);
 299                 if (!kpte || pte_none(*kpte)) {
 300                         ret = 1;
 301                         goto out;
 302                 }
 303
 304                 if (level == PG_LEVEL_4K) {
 305                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 306                         vaddr_next = (vaddr & PAGE_MASK) + PAGE_SIZE;
 307                         continue;
 308                 }
 309
 310                 psize = page_level_size(level);
 311                 pmask = page_level_mask(level);
 312
 313                 /*
 314                  * Check whether we can change the large page in one go.
 315                  * We request a split when the address is not aligned and
 316                  * the number of pages to set/clear encryption bit is smaller
 317                  * than the number of pages in the large page.
 318                  */
 319                 if (vaddr == (vaddr & pmask) &&
 320                     ((vaddr_end - vaddr) >= psize)) {
 321                         __set_clr_pte_enc(kpte, level, enc);
 322                         vaddr_next = (vaddr & pmask) + psize;
 323                         continue;
 324                 }
 325
 326                 /*
 327                  * The virtual address is part of a larger page, create the next
 328                  * level page table mapping (4K or 2M). If it is part of a 2M
 329                  * page then we request a split of the large page into 4K
 330                  * chunks. A 1GB large page is split into 2M pages, resp.
 331                  */
 332                 if (level == PG_LEVEL_2M)
 333                         split_page_size_mask = 0;
 334                 else
 335                         split_page_size_mask = 1 << PG_LEVEL_2M;
 336
 337                 /*
 338                  * kernel_physical_mapping_change() does not flush the TLBs, so
 339                  * a TLB flush is required after we exit from the for loop.
 340                  */
 341                 kernel_physical_mapping_change(__pa(vaddr & pmask),
 342                                                __pa((vaddr_end & pmask) + psize),
 343                                                split_page_size_mask);
 344         }
 345
 346         ret = 0;
 347
 348 out:
 349         __flush_tlb_all();
 350         return ret;
 351 }
 352
 353 int __init early_set_memory_decrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 354 {
 355         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, false);
 356 }
 357
 358 int __init early_set_memory_encrypted(unsigned long vaddr, unsigned long size)
 359 {
 360         return early_set_memory_enc_dec(vaddr, size, true);
 361 }
 362
 363 /*
 364  * SME and SEV are very similar but they are not the same, so there are
 365  * times that the kernel will need to distinguish between SME and SEV. The
 366  * sme_active() and sev_active() functions are used for this.  When a
 367  * distinction isn't needed, the mem_encrypt_active() function can be used.
 368  *
 369  * The trampoline code is a good example for this requirement.  Before
 370  * paging is activated, SME will access all memory as decrypted, but SEV
 371  * will access all memory as encrypted.  So, when APs are being brought
 372  * up under SME the trampoline area cannot be encrypted, whereas under SEV
 373  * the trampoline area must be encrypted.
 374  */
 375 bool sev_active(void)
 376 {
 377         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ENABLED;
 378 }
 379
 380 bool sme_active(void)
 381 {
 382         return sme_me_mask && !sev_active();
 383 }
 384 EXPORT_SYMBOL_GPL(sev_active);
 385
 386 /* Needs to be called from non-instrumentable code */
 387 bool noinstr sev_es_active(void)
 388 {
 389         return sev_status & MSR_AMD64_SEV_ES_ENABLED;
 390 }
 391
 392 /* Override for DMA direct allocation check - ARCH_HAS_FORCE_DMA_UNENCRYPTED */
 393 bool force_dma_unencrypted(struct device *dev)
 394 {
 395         /*
 396          * For SEV, all DMA must be to unencrypted addresses.
 397          */
 398         if (sev_active())
 399                 return true;
 400
 401         /*
 402          * For SME, all DMA must be to unencrypted addresses if the
 403          * device does not support DMA to addresses that include the
 404          * encryption mask.
 405          */
 406         if (sme_active()) {
 407                 u64 dma_enc_mask = DMA_BIT_MASK(__ffs64(sme_me_mask));
 408                 u64 dma_dev_mask = min_not_zero(dev->coherent_dma_mask,
 409                                                 dev->bus_dma_limit);
 410
 411                 if (dma_dev_mask <= dma_enc_mask)
 412                         return true;
 413         }
 414
 415         return false;
 416 }
 417
 418 void __init mem_encrypt_free_decrypted_mem(void)
 419 {
 420         unsigned long vaddr, vaddr_end, npages;
 421         int r;
 422
 423         vaddr = (unsigned long)__start_bss_decrypted_unused;
 424         vaddr_end = (unsigned long)__end_bss_decrypted;
 425         npages = (vaddr_end - vaddr) >> PAGE_SHIFT;
 426
 427         /*
 428          * The unused memory range was mapped decrypted, change the encryption
 429          * attribute from decrypted to encrypted before freeing it.
 430          */
 431         if (mem_encrypt_active()) {
 432                 r = set_memory_encrypted(vaddr, npages);
 433                 if (r) {
 434                         pr_warn("failed to free unused decrypted pages\n");
 435                         return;
 436                 }
 437         }
 438
 439         free_init_pages("unused decrypted", vaddr, vaddr_end);
 440 }
 441
 442 static void print_mem_encrypt_feature_info(void)
 443 {
 444         pr_info("AMD Memory Encryption Features active:");
 445
 446         /* Secure Memory Encryption */
 447         if (sme_active()) {
 448                 /*
 449                  * SME is mutually exclusive with any of the SEV
 450                  * features below.
 451                  */
 452                 pr_cont(" SME\n");
 453                 return;
 454         }
 455
 456         /* Secure Encrypted Virtualization */
 457         if (sev_active())
 458                 pr_cont(" SEV");
 459
 460         /* Encrypted Register State */
 461         if (sev_es_active())
 462                 pr_cont(" SEV-ES");
 463
 464         pr_cont("\n");
 465 }
 466
 467 /* Architecture __weak replacement functions */
 468 void __init mem_encrypt_init(void)
 469 {
 470         if (!sme_me_mask)
 471                 return;
 472
 473         /* Call into SWIOTLB to update the SWIOTLB DMA buffers */
 474         swiotlb_update_mem_attributes();
 475
 476         /*
 477          * With SEV, we need to unroll the rep string I/O instructions,
 478          * but SEV-ES supports them through the #VC handler.
 479          */
 480         if (sev_active() && !sev_es_active())
 481                 static_branch_enable(&sev_enable_key);
 482
 483         print_mem_encrypt_feature_info();
 484 }
 485
 486 int arch_has_restricted_virtio_memory_access(void)
 487 {
 488         return sev_active();
 489 }
 490 EXPORT_SYMBOL_GPL(arch_has_restricted_virtio_memory_access);