6084d144120953f8f0fd147859e58b25f2ebc837
[linux-2.6-microblaze.git] / arch / x86 / mm / pat / memtype.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Page Attribute Table (PAT) support: handle memory caching attributes in page tables.
4  *
5  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
6  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
7  *
8  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
9  *
10  * Basic principles:
11  *
12  * PAT is a CPU feature supported by all modern x86 CPUs, to allow the firmware and
13  * the kernel to set one of a handful of 'caching type' attributes for physical
14  * memory ranges: uncached, write-combining, write-through, write-protected,
15  * and the most commonly used and default attribute: write-back caching.
16  *
17  * PAT support supercedes and augments MTRR support in a compatible fashion: MTRR is
18  * a hardware interface to enumerate a limited number of physical memory ranges
19  * and set their caching attributes explicitly, programmed into the CPU via MSRs.
20  * Even modern CPUs have MTRRs enabled - but these are typically not touched
21  * by the kernel or by user-space (such as the X server), we rely on PAT for any
22  * additional cache attribute logic.
23  *
24  * PAT doesn't work via explicit memory ranges, but uses page table entries to add
25  * cache attribute information to the mapped memory range: there's 3 bits used,
26  * (_PAGE_PWT, _PAGE_PCD, _PAGE_PAT), with the 8 possible values mapped by the
27  * CPU to actual cache attributes via an MSR loaded into the CPU (MSR_IA32_CR_PAT).
28  *
29  * ( There's a metric ton of finer details, such as compatibility with CPU quirks
30  *   that only support 4 types of PAT entries, and interaction with MTRRs, see
31  *   below for details. )
32  */
33
34 #include <linux/seq_file.h>
35 #include <linux/memblock.h>
36 #include <linux/debugfs.h>
37 #include <linux/ioport.h>
38 #include <linux/kernel.h>
39 #include <linux/pfn_t.h>
40 #include <linux/slab.h>
41 #include <linux/mm.h>
42 #include <linux/fs.h>
43 #include <linux/rbtree.h>
44
45 #include <asm/cacheflush.h>
46 #include <asm/processor.h>
47 #include <asm/tlbflush.h>
48 #include <asm/x86_init.h>
49 #include <asm/fcntl.h>
50 #include <asm/e820/api.h>
51 #include <asm/mtrr.h>
52 #include <asm/page.h>
53 #include <asm/msr.h>
54 #include <asm/memtype.h>
55 #include <asm/io.h>
56
57 #include "memtype.h"
58 #include "../mm_internal.h"
59
60 #undef pr_fmt
61 #define pr_fmt(fmt) "" fmt
62
63 static bool __read_mostly pat_bp_initialized;
64 static bool __read_mostly pat_disabled = !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAT);
65 static bool __read_mostly pat_bp_enabled;
66 static bool __read_mostly pat_cm_initialized;
67
68 /*
69  * PAT support is enabled by default, but can be disabled for
70  * various user-requested or hardware-forced reasons:
71  */
72 void pat_disable(const char *msg_reason)
73 {
74         if (pat_disabled)
75                 return;
76
77         if (pat_bp_initialized) {
78                 WARN_ONCE(1, "x86/PAT: PAT cannot be disabled after initialization\n");
79                 return;
80         }
81
82         pat_disabled = true;
83         pr_info("x86/PAT: %s\n", msg_reason);
84 }
85
86 static int __init nopat(char *str)
87 {
88         pat_disable("PAT support disabled via boot option.");
89         return 0;
90 }
91 early_param("nopat", nopat);
92
93 bool pat_enabled(void)
94 {
95         return pat_bp_enabled;
96 }
97 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_enabled);
98
99 int pat_debug_enable;
100
101 static int __init pat_debug_setup(char *str)
102 {
103         pat_debug_enable = 1;
104         return 0;
105 }
106 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
107
108 #ifdef CONFIG_X86_PAT
109 /*
110  * X86 PAT uses page flags arch_1 and uncached together to keep track of
111  * memory type of pages that have backing page struct.
112  *
113  * X86 PAT supports 4 different memory types:
114  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WB
115  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WC
116  *  - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
117  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WT
118  *
119  * _PAGE_CACHE_MODE_WB is the default type.
120  */
121
122 #define _PGMT_WB                0
123 #define _PGMT_WC                (1UL << PG_arch_1)
124 #define _PGMT_UC_MINUS          (1UL << PG_uncached)
125 #define _PGMT_WT                (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
126 #define _PGMT_MASK              (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
127 #define _PGMT_CLEAR_MASK        (~_PGMT_MASK)
128
129 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
130 {
131         unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
132
133         if (pg_flags == _PGMT_WB)
134                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
135         else if (pg_flags == _PGMT_WC)
136                 return _PAGE_CACHE_MODE_WC;
137         else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
138                 return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
139         else
140                 return _PAGE_CACHE_MODE_WT;
141 }
142
143 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
144                                     enum page_cache_mode memtype)
145 {
146         unsigned long memtype_flags;
147         unsigned long old_flags;
148         unsigned long new_flags;
149
150         switch (memtype) {
151         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
152                 memtype_flags = _PGMT_WC;
153                 break;
154         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
155                 memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
156                 break;
157         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
158                 memtype_flags = _PGMT_WT;
159                 break;
160         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
161         default:
162                 memtype_flags = _PGMT_WB;
163                 break;
164         }
165
166         do {
167                 old_flags = pg->flags;
168                 new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
169         } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
170 }
171 #else
172 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
173 {
174         return -1;
175 }
176 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
177                                     enum page_cache_mode memtype)
178 {
179 }
180 #endif
181
182 enum {
183         PAT_UC = 0,             /* uncached */
184         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
185         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
186         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
187         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
188         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overridden by MTRR */
189 };
190
191 #define CM(c) (_PAGE_CACHE_MODE_ ## c)
192
193 static enum page_cache_mode pat_get_cache_mode(unsigned pat_val, char *msg)
194 {
195         enum page_cache_mode cache;
196         char *cache_mode;
197
198         switch (pat_val) {
199         case PAT_UC:       cache = CM(UC);       cache_mode = "UC  "; break;
200         case PAT_WC:       cache = CM(WC);       cache_mode = "WC  "; break;
201         case PAT_WT:       cache = CM(WT);       cache_mode = "WT  "; break;
202         case PAT_WP:       cache = CM(WP);       cache_mode = "WP  "; break;
203         case PAT_WB:       cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
204         case PAT_UC_MINUS: cache = CM(UC_MINUS); cache_mode = "UC- "; break;
205         default:           cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
206         }
207
208         memcpy(msg, cache_mode, 4);
209
210         return cache;
211 }
212
213 #undef CM
214
215 /*
216  * Update the cache mode to pgprot translation tables according to PAT
217  * configuration.
218  * Using lower indices is preferred, so we start with highest index.
219  */
220 static void __init_cache_modes(u64 pat)
221 {
222         enum page_cache_mode cache;
223         char pat_msg[33];
224         int i;
225
226         WARN_ON_ONCE(pat_cm_initialized);
227
228         pat_msg[32] = 0;
229         for (i = 7; i >= 0; i--) {
230                 cache = pat_get_cache_mode((pat >> (i * 8)) & 7,
231                                            pat_msg + 4 * i);
232                 update_cache_mode_entry(i, cache);
233         }
234         pr_info("x86/PAT: Configuration [0-7]: %s\n", pat_msg);
235
236         pat_cm_initialized = true;
237 }
238
239 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
240
241 static void pat_bp_init(u64 pat)
242 {
243         u64 tmp_pat;
244
245         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
246                 pat_disable("PAT not supported by the CPU.");
247                 return;
248         }
249
250         rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, tmp_pat);
251         if (!tmp_pat) {
252                 pat_disable("PAT support disabled by the firmware.");
253                 return;
254         }
255
256         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
257         pat_bp_enabled = true;
258
259         __init_cache_modes(pat);
260 }
261
262 static void pat_ap_init(u64 pat)
263 {
264         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
265                 /*
266                  * If this happens we are on a secondary CPU, but switched to
267                  * PAT on the boot CPU. We have no way to undo PAT.
268                  */
269                 panic("x86/PAT: PAT enabled, but not supported by secondary CPU\n");
270         }
271
272         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
273 }
274
275 void init_cache_modes(void)
276 {
277         u64 pat = 0;
278
279         if (pat_cm_initialized)
280                 return;
281
282         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
283                 /*
284                  * CPU supports PAT. Set PAT table to be consistent with
285                  * PAT MSR. This case supports "nopat" boot option, and
286                  * virtual machine environments which support PAT without
287                  * MTRRs. In specific, Xen has unique setup to PAT MSR.
288                  *
289                  * If PAT MSR returns 0, it is considered invalid and emulates
290                  * as No PAT.
291                  */
292                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
293         }
294
295         if (!pat) {
296                 /*
297                  * No PAT. Emulate the PAT table that corresponds to the two
298                  * cache bits, PWT (Write Through) and PCD (Cache Disable).
299                  * This setup is also the same as the BIOS default setup.
300                  *
301                  * PTE encoding:
302                  *
303                  *       PCD
304                  *       |PWT  PAT
305                  *       ||    slot
306                  *       00    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
307                  *       01    1    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
308                  *       10    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
309                  *       11    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
310                  *
311                  * NOTE: When WC or WP is used, it is redirected to UC- per
312                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
313                  */
314                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WT) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
315                       PAT(4, WB) | PAT(5, WT) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
316         }
317
318         __init_cache_modes(pat);
319 }
320
321 /**
322  * pat_init - Initialize the PAT MSR and PAT table on the current CPU
323  *
324  * This function initializes PAT MSR and PAT table with an OS-defined value
325  * to enable additional cache attributes, WC, WT and WP.
326  *
327  * This function must be called on all CPUs using the specific sequence of
328  * operations defined in Intel SDM. mtrr_rendezvous_handler() provides this
329  * procedure for PAT.
330  */
331 void pat_init(void)
332 {
333         u64 pat;
334         struct cpuinfo_x86 *c = &boot_cpu_data;
335
336 #ifndef CONFIG_X86_PAT
337         pr_info_once("x86/PAT: PAT support disabled because CONFIG_X86_PAT is disabled in the kernel.\n");
338 #endif
339
340         if (pat_disabled)
341                 return;
342
343         if ((c->x86_vendor == X86_VENDOR_INTEL) &&
344             (((c->x86 == 0x6) && (c->x86_model <= 0xd)) ||
345              ((c->x86 == 0xf) && (c->x86_model <= 0x6)))) {
346                 /*
347                  * PAT support with the lower four entries. Intel Pentium 2,
348                  * 3, M, and 4 are affected by PAT errata, which makes the
349                  * upper four entries unusable. To be on the safe side, we don't
350                  * use those.
351                  *
352                  *  PTE encoding:
353                  *      PAT
354                  *      |PCD
355                  *      ||PWT  PAT
356                  *      |||    slot
357                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
358                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
359                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
360                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
361                  * PAT bit unused
362                  *
363                  * NOTE: When WT or WP is used, it is redirected to UC- per
364                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
365                  */
366                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
367                       PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
368         } else {
369                 /*
370                  * Full PAT support.  We put WT in slot 7 to improve
371                  * robustness in the presence of errata that might cause
372                  * the high PAT bit to be ignored.  This way, a buggy slot 7
373                  * access will hit slot 3, and slot 3 is UC, so at worst
374                  * we lose performance without causing a correctness issue.
375                  * Pentium 4 erratum N46 is an example for such an erratum,
376                  * although we try not to use PAT at all on affected CPUs.
377                  *
378                  *  PTE encoding:
379                  *      PAT
380                  *      |PCD
381                  *      ||PWT  PAT
382                  *      |||    slot
383                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
384                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
385                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
386                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
387                  *      100    4    WB : Reserved
388                  *      101    5    WP : _PAGE_CACHE_MODE_WP
389                  *      110    6    UC-: Reserved
390                  *      111    7    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
391                  *
392                  * The reserved slots are unused, but mapped to their
393                  * corresponding types in the presence of PAT errata.
394                  */
395                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
396                       PAT(4, WB) | PAT(5, WP) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, WT);
397         }
398
399         if (!pat_bp_initialized) {
400                 pat_bp_init(pat);
401                 pat_bp_initialized = true;
402         } else {
403                 pat_ap_init(pat);
404         }
405 }
406
407 #undef PAT
408
409 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype accesses */
410
411 /*
412  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
413  * the resulting memory type as PAT understands it.
414  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
415  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
416  * SDM vol 3a
417  */
418 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end,
419                                      enum page_cache_mode req_type)
420 {
421         /*
422          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
423          * request is for WB.
424          */
425         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
426                 u8 mtrr_type, uniform;
427
428                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end, &uniform);
429                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
430                         return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
431
432                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
433         }
434
435         return req_type;
436 }
437
438 struct pagerange_state {
439         unsigned long           cur_pfn;
440         int                     ram;
441         int                     not_ram;
442 };
443
444 static int
445 pagerange_is_ram_callback(unsigned long initial_pfn, unsigned long total_nr_pages, void *arg)
446 {
447         struct pagerange_state *state = arg;
448
449         state->not_ram  |= initial_pfn > state->cur_pfn;
450         state->ram      |= total_nr_pages > 0;
451         state->cur_pfn   = initial_pfn + total_nr_pages;
452
453         return state->ram && state->not_ram;
454 }
455
456 static int pat_pagerange_is_ram(resource_size_t start, resource_size_t end)
457 {
458         int ret = 0;
459         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
460         unsigned long end_pfn = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
461         struct pagerange_state state = {start_pfn, 0, 0};
462
463         /*
464          * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
465          * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
466          * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
467          * some of those portions are listed(or not even listed) with
468          * different e820 types(RAM/reserved/..)
469          */
470         if (start_pfn < ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT)
471                 start_pfn = ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT;
472
473         if (start_pfn < end_pfn) {
474                 ret = walk_system_ram_range(start_pfn, end_pfn - start_pfn,
475                                 &state, pagerange_is_ram_callback);
476         }
477
478         return (ret > 0) ? -1 : (state.ram ? 1 : 0);
479 }
480
481 /*
482  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
483  * The page flags are limited to four types, WB (default), WC, WT and UC-.
484  * WP request fails with -EINVAL, and UC gets redirected to UC-.  Setting
485  * a new memory type is only allowed for a page mapped with the default WB
486  * type.
487  *
488  * Here we do two passes:
489  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts.
490  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range.
491  */
492 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end,
493                                   enum page_cache_mode req_type,
494                                   enum page_cache_mode *new_type)
495 {
496         struct page *page;
497         u64 pfn;
498
499         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WP) {
500                 if (new_type)
501                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
502                 return -EINVAL;
503         }
504
505         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_UC) {
506                 /* We do not support strong UC */
507                 WARN_ON_ONCE(1);
508                 req_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
509         }
510
511         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
512                 enum page_cache_mode type;
513
514                 page = pfn_to_page(pfn);
515                 type = get_page_memtype(page);
516                 if (type != _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
517                         pr_info("x86/PAT: reserve_ram_pages_type failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track 0x%x, req 0x%x\n",
518                                 start, end - 1, type, req_type);
519                         if (new_type)
520                                 *new_type = type;
521
522                         return -EBUSY;
523                 }
524         }
525
526         if (new_type)
527                 *new_type = req_type;
528
529         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
530                 page = pfn_to_page(pfn);
531                 set_page_memtype(page, req_type);
532         }
533         return 0;
534 }
535
536 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
537 {
538         struct page *page;
539         u64 pfn;
540
541         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
542                 page = pfn_to_page(pfn);
543                 set_page_memtype(page, _PAGE_CACHE_MODE_WB);
544         }
545         return 0;
546 }
547
548 static u64 sanitize_phys(u64 address)
549 {
550         /*
551          * When changing the memtype for pages containing poison allow
552          * for a "decoy" virtual address (bit 63 clear) passed to
553          * set_memory_X(). __pa() on a "decoy" address results in a
554          * physical address with bit 63 set.
555          *
556          * Decoy addresses are not present for 32-bit builds, see
557          * set_mce_nospec().
558          */
559         if (IS_ENABLED(CONFIG_X86_64))
560                 return address & __PHYSICAL_MASK;
561         return address;
562 }
563
564 /*
565  * req_type typically has one of the:
566  * - _PAGE_CACHE_MODE_WB
567  * - _PAGE_CACHE_MODE_WC
568  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
569  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC
570  * - _PAGE_CACHE_MODE_WT
571  *
572  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
573  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
574  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
575  * it will return a negative return value.
576  */
577 int memtype_reserve(u64 start, u64 end, enum page_cache_mode req_type,
578                     enum page_cache_mode *new_type)
579 {
580         struct memtype *entry_new;
581         enum page_cache_mode actual_type;
582         int is_range_ram;
583         int err = 0;
584
585         start = sanitize_phys(start);
586         end = sanitize_phys(end);
587         if (start >= end) {
588                 WARN(1, "%s failed: [mem %#010Lx-%#010Lx], req %s\n", __func__,
589                                 start, end - 1, cattr_name(req_type));
590                 return -EINVAL;
591         }
592
593         if (!pat_enabled()) {
594                 /* This is identical to page table setting without PAT */
595                 if (new_type)
596                         *new_type = req_type;
597                 return 0;
598         }
599
600         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
601         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
602                 if (new_type)
603                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
604                 return 0;
605         }
606
607         /*
608          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
609          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
610          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
611          * UC_MINUS otherwise.
612          */
613         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type);
614
615         if (new_type)
616                 *new_type = actual_type;
617
618         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
619         if (is_range_ram == 1) {
620
621                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
622
623                 return err;
624         } else if (is_range_ram < 0) {
625                 return -EINVAL;
626         }
627
628         entry_new = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
629         if (!entry_new)
630                 return -ENOMEM;
631
632         entry_new->start = start;
633         entry_new->end   = end;
634         entry_new->type  = actual_type;
635
636         spin_lock(&memtype_lock);
637
638         err = memtype_check_insert(entry_new, new_type);
639         if (err) {
640                 pr_info("x86/PAT: memtype_reserve failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s\n",
641                         start, end - 1,
642                         cattr_name(entry_new->type), cattr_name(req_type));
643                 kfree(entry_new);
644                 spin_unlock(&memtype_lock);
645
646                 return err;
647         }
648
649         spin_unlock(&memtype_lock);
650
651         dprintk("memtype_reserve added [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s, ret %s\n",
652                 start, end - 1, cattr_name(entry_new->type), cattr_name(req_type),
653                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
654
655         return err;
656 }
657
658 int memtype_free(u64 start, u64 end)
659 {
660         int is_range_ram;
661         struct memtype *entry_old;
662
663         if (!pat_enabled())
664                 return 0;
665
666         start = sanitize_phys(start);
667         end = sanitize_phys(end);
668
669         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
670         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
671                 return 0;
672
673         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
674         if (is_range_ram == 1)
675                 return free_ram_pages_type(start, end);
676         if (is_range_ram < 0)
677                 return -EINVAL;
678
679         spin_lock(&memtype_lock);
680         entry_old = memtype_erase(start, end);
681         spin_unlock(&memtype_lock);
682
683         if (IS_ERR(entry_old)) {
684                 pr_info("x86/PAT: %s:%d freeing invalid memtype [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
685                         current->comm, current->pid, start, end - 1);
686                 return -EINVAL;
687         }
688
689         kfree(entry_old);
690
691         dprintk("memtype_free request [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", start, end - 1);
692
693         return 0;
694 }
695
696
697 /**
698  * lookup_memtype - Looks up the memory type for a physical address
699  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
700  *
701  * Only to be called when PAT is enabled
702  *
703  * Returns _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC, _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
704  * or _PAGE_CACHE_MODE_WT.
705  */
706 static enum page_cache_mode lookup_memtype(u64 paddr)
707 {
708         enum page_cache_mode rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
709         struct memtype *entry;
710
711         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
712                 return rettype;
713
714         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
715                 struct page *page;
716
717                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
718                 return get_page_memtype(page);
719         }
720
721         spin_lock(&memtype_lock);
722
723         entry = memtype_lookup(paddr);
724         if (entry != NULL)
725                 rettype = entry->type;
726         else
727                 rettype = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
728
729         spin_unlock(&memtype_lock);
730
731         return rettype;
732 }
733
734 /**
735  * pat_pfn_immune_to_uc_mtrr - Check whether the PAT memory type
736  * of @pfn cannot be overridden by UC MTRR memory type.
737  *
738  * Only to be called when PAT is enabled.
739  *
740  * Returns true, if the PAT memory type of @pfn is UC, UC-, or WC.
741  * Returns false in other cases.
742  */
743 bool pat_pfn_immune_to_uc_mtrr(unsigned long pfn)
744 {
745         enum page_cache_mode cm = lookup_memtype(PFN_PHYS(pfn));
746
747         return cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC ||
748                cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS ||
749                cm == _PAGE_CACHE_MODE_WC;
750 }
751 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_pfn_immune_to_uc_mtrr);
752
753 /**
754  * memtype_reserve_io - Request a memory type mapping for a region of memory
755  * @start: start (physical address) of the region
756  * @end: end (physical address) of the region
757  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
758  * or any other compatible type that was available for the region is returned
759  *
760  * On success, returns 0
761  * On failure, returns non-zero
762  */
763 int memtype_reserve_io(resource_size_t start, resource_size_t end,
764                         enum page_cache_mode *type)
765 {
766         resource_size_t size = end - start;
767         enum page_cache_mode req_type = *type;
768         enum page_cache_mode new_type;
769         int ret;
770
771         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
772
773         ret = memtype_reserve(start, end, req_type, &new_type);
774         if (ret)
775                 goto out_err;
776
777         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
778                 goto out_free;
779
780         if (memtype_kernel_map_sync(start, size, new_type) < 0)
781                 goto out_free;
782
783         *type = new_type;
784         return 0;
785
786 out_free:
787         memtype_free(start, end);
788         ret = -EBUSY;
789 out_err:
790         return ret;
791 }
792
793 /**
794  * memtype_free_io - Release a memory type mapping for a region of memory
795  * @start: start (physical address) of the region
796  * @end: end (physical address) of the region
797  */
798 void memtype_free_io(resource_size_t start, resource_size_t end)
799 {
800         memtype_free(start, end);
801 }
802
803 int arch_io_reserve_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
804 {
805         enum page_cache_mode type = _PAGE_CACHE_MODE_WC;
806
807         return memtype_reserve_io(start, start + size, &type);
808 }
809 EXPORT_SYMBOL(arch_io_reserve_memtype_wc);
810
811 void arch_io_free_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
812 {
813         memtype_free_io(start, start + size);
814 }
815 EXPORT_SYMBOL(arch_io_free_memtype_wc);
816
817 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
818                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
819 {
820         if (!phys_mem_access_encrypted(pfn << PAGE_SHIFT, size))
821                 vma_prot = pgprot_decrypted(vma_prot);
822
823         return vma_prot;
824 }
825
826 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
827 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM */
828 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
829 {
830         return 1;
831 }
832 #else
833 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
834 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
835 {
836         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
837         u64 to = from + size;
838         u64 cursor = from;
839
840         if (!pat_enabled())
841                 return 1;
842
843         while (cursor < to) {
844                 if (!devmem_is_allowed(pfn))
845                         return 0;
846                 cursor += PAGE_SIZE;
847                 pfn++;
848         }
849         return 1;
850 }
851 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
852
853 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
854                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
855 {
856         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
857
858         if (!range_is_allowed(pfn, size))
859                 return 0;
860
861         if (file->f_flags & O_DSYNC)
862                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
863
864         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
865                              cachemode2protval(pcm));
866         return 1;
867 }
868
869 /*
870  * Change the memory type for the physical address range in kernel identity
871  * mapping space if that range is a part of identity map.
872  */
873 int memtype_kernel_map_sync(u64 base, unsigned long size,
874                             enum page_cache_mode pcm)
875 {
876         unsigned long id_sz;
877
878         if (base > __pa(high_memory-1))
879                 return 0;
880
881         /*
882          * Some areas in the middle of the kernel identity range
883          * are not mapped, for example the PCI space.
884          */
885         if (!page_is_ram(base >> PAGE_SHIFT))
886                 return 0;
887
888         id_sz = (__pa(high_memory-1) <= base + size) ?
889                                 __pa(high_memory) - base : size;
890
891         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, pcm) < 0) {
892                 pr_info("x86/PAT: %s:%d ioremap_change_attr failed %s for [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
893                         current->comm, current->pid,
894                         cattr_name(pcm),
895                         base, (unsigned long long)(base + size-1));
896                 return -EINVAL;
897         }
898         return 0;
899 }
900
901 /*
902  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
903  * Reserved non RAM regions only and after successful memtype_reserve,
904  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
905  */
906 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
907                                 int strict_prot)
908 {
909         int is_ram = 0;
910         int ret;
911         enum page_cache_mode want_pcm = pgprot2cachemode(*vma_prot);
912         enum page_cache_mode pcm = want_pcm;
913
914         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
915
916         /*
917          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
918          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
919          * the type requested matches the type of first page in the range.
920          */
921         if (is_ram) {
922                 if (!pat_enabled())
923                         return 0;
924
925                 pcm = lookup_memtype(paddr);
926                 if (want_pcm != pcm) {
927                         pr_warn("x86/PAT: %s:%d map pfn RAM range req %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
928                                 current->comm, current->pid,
929                                 cattr_name(want_pcm),
930                                 (unsigned long long)paddr,
931                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
932                                 cattr_name(pcm));
933                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
934                                              (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
935                                              cachemode2protval(pcm));
936                 }
937                 return 0;
938         }
939
940         ret = memtype_reserve(paddr, paddr + size, want_pcm, &pcm);
941         if (ret)
942                 return ret;
943
944         if (pcm != want_pcm) {
945                 if (strict_prot ||
946                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_pcm, pcm)) {
947                         memtype_free(paddr, paddr + size);
948                         pr_err("x86/PAT: %s:%d map pfn expected mapping type %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
949                                current->comm, current->pid,
950                                cattr_name(want_pcm),
951                                (unsigned long long)paddr,
952                                (unsigned long long)(paddr + size - 1),
953                                cattr_name(pcm));
954                         return -EINVAL;
955                 }
956                 /*
957                  * We allow returning different type than the one requested in
958                  * non strict case.
959                  */
960                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
961                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
962                                      cachemode2protval(pcm));
963         }
964
965         if (memtype_kernel_map_sync(paddr, size, pcm) < 0) {
966                 memtype_free(paddr, paddr + size);
967                 return -EINVAL;
968         }
969         return 0;
970 }
971
972 /*
973  * Internal interface to free a range of physical memory.
974  * Frees non RAM regions only.
975  */
976 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
977 {
978         int is_ram;
979
980         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
981         if (is_ram == 0)
982                 memtype_free(paddr, paddr + size);
983 }
984
985 /*
986  * track_pfn_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
987  * copied through copy_page_range().
988  *
989  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
990  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
991  */
992 int track_pfn_copy(struct vm_area_struct *vma)
993 {
994         resource_size_t paddr;
995         unsigned long prot;
996         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
997         pgprot_t pgprot;
998
999         if (vma->vm_flags & VM_PAT) {
1000                 /*
1001                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
1002                  * starting address and protection from pte.
1003                  */
1004                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
1005                         WARN_ON_ONCE(1);
1006                         return -EINVAL;
1007                 }
1008                 pgprot = __pgprot(prot);
1009                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
1010         }
1011
1012         return 0;
1013 }
1014
1015 /*
1016  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has
1017  * a linear pfn mapping for the entire range, or no vma is provided,
1018  * reserve the entire pfn + size range with single reserve_pfn_range
1019  * call.
1020  */
1021 int track_pfn_remap(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
1022                     unsigned long pfn, unsigned long addr, unsigned long size)
1023 {
1024         resource_size_t paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
1025         enum page_cache_mode pcm;
1026
1027         /* reserve the whole chunk starting from paddr */
1028         if (!vma || (addr == vma->vm_start
1029                                 && size == (vma->vm_end - vma->vm_start))) {
1030                 int ret;
1031
1032                 ret = reserve_pfn_range(paddr, size, prot, 0);
1033                 if (ret == 0 && vma)
1034                         vma->vm_flags |= VM_PAT;
1035                 return ret;
1036         }
1037
1038         if (!pat_enabled())
1039                 return 0;
1040
1041         /*
1042          * For anything smaller than the vma size we set prot based on the
1043          * lookup.
1044          */
1045         pcm = lookup_memtype(paddr);
1046
1047         /* Check memtype for the remaining pages */
1048         while (size > PAGE_SIZE) {
1049                 size -= PAGE_SIZE;
1050                 paddr += PAGE_SIZE;
1051                 if (pcm != lookup_memtype(paddr))
1052                         return -EINVAL;
1053         }
1054
1055         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1056                          cachemode2protval(pcm));
1057
1058         return 0;
1059 }
1060
1061 void track_pfn_insert(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot, pfn_t pfn)
1062 {
1063         enum page_cache_mode pcm;
1064
1065         if (!pat_enabled())
1066                 return;
1067
1068         /* Set prot based on lookup */
1069         pcm = lookup_memtype(pfn_t_to_phys(pfn));
1070         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1071                          cachemode2protval(pcm));
1072 }
1073
1074 /*
1075  * untrack_pfn is called while unmapping a pfnmap for a region.
1076  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
1077  * can be for the entire vma (in which case pfn, size are zero).
1078  */
1079 void untrack_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
1080                  unsigned long size)
1081 {
1082         resource_size_t paddr;
1083         unsigned long prot;
1084
1085         if (vma && !(vma->vm_flags & VM_PAT))
1086                 return;
1087
1088         /* free the chunk starting from pfn or the whole chunk */
1089         paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
1090         if (!paddr && !size) {
1091                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
1092                         WARN_ON_ONCE(1);
1093                         return;
1094                 }
1095
1096                 size = vma->vm_end - vma->vm_start;
1097         }
1098         free_pfn_range(paddr, size);
1099         if (vma)
1100                 vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1101 }
1102
1103 /*
1104  * untrack_pfn_moved is called, while mremapping a pfnmap for a new region,
1105  * with the old vma after its pfnmap page table has been removed.  The new
1106  * vma has a new pfnmap to the same pfn & cache type with VM_PAT set.
1107  */
1108 void untrack_pfn_moved(struct vm_area_struct *vma)
1109 {
1110         vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1111 }
1112
1113 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
1114 {
1115         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1116                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
1117 }
1118 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
1119
1120 pgprot_t pgprot_writethrough(pgprot_t prot)
1121 {
1122         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1123                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WT));
1124 }
1125 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writethrough);
1126
1127 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
1128
1129 /*
1130  * We are allocating a temporary printout-entry to be passed
1131  * between seq_start()/next() and seq_show():
1132  */
1133 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
1134 {
1135         struct memtype *entry_print;
1136         int ret;
1137
1138         entry_print  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
1139         if (!entry_print)
1140                 return NULL;
1141
1142         spin_lock(&memtype_lock);
1143         ret = memtype_copy_nth_element(entry_print, pos);
1144         spin_unlock(&memtype_lock);
1145
1146         /* Free it on error: */
1147         if (ret) {
1148                 kfree(entry_print);
1149                 return NULL;
1150         }
1151
1152         return entry_print;
1153 }
1154
1155 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
1156 {
1157         if (*pos == 0) {
1158                 ++*pos;
1159                 seq_puts(seq, "PAT memtype list:\n");
1160         }
1161
1162         return memtype_get_idx(*pos);
1163 }
1164
1165 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
1166 {
1167         kfree(v);
1168         ++*pos;
1169         return memtype_get_idx(*pos);
1170 }
1171
1172 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
1173 {
1174         kfree(v);
1175 }
1176
1177 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
1178 {
1179         struct memtype *entry_print = (struct memtype *)v;
1180
1181         seq_printf(seq, "PAT: [mem 0x%016Lx-0x%016Lx] %s\n",
1182                         entry_print->start,
1183                         entry_print->end,
1184                         cattr_name(entry_print->type));
1185
1186         return 0;
1187 }
1188
1189 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
1190         .start = memtype_seq_start,
1191         .next  = memtype_seq_next,
1192         .stop  = memtype_seq_stop,
1193         .show  = memtype_seq_show,
1194 };
1195
1196 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
1197 {
1198         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
1199 }
1200
1201 static const struct file_operations memtype_fops = {
1202         .open    = memtype_seq_open,
1203         .read    = seq_read,
1204         .llseek  = seq_lseek,
1205         .release = seq_release,
1206 };
1207
1208 static int __init pat_memtype_list_init(void)
1209 {
1210         if (pat_enabled()) {
1211                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
1212                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
1213         }
1214         return 0;
1215 }
1216 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1217
1218 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */