Merge branch 'for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/livepatchin...
[linux-2.6-microblaze.git] / drivers / dma-buf / dma-buf.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * Framework for buffer objects that can be shared across devices/subsystems.
4  *
5  * Copyright(C) 2011 Linaro Limited. All rights reserved.
6  * Author: Sumit Semwal <sumit.semwal@ti.com>
7  *
8  * Many thanks to linaro-mm-sig list, and specially
9  * Arnd Bergmann <arnd@arndb.de>, Rob Clark <rob@ti.com> and
10  * Daniel Vetter <daniel@ffwll.ch> for their support in creation and
11  * refining of this idea.
12  */
13
14 #include <linux/fs.h>
15 #include <linux/slab.h>
16 #include <linux/dma-buf.h>
17 #include <linux/dma-fence.h>
18 #include <linux/anon_inodes.h>
19 #include <linux/export.h>
20 #include <linux/debugfs.h>
21 #include <linux/module.h>
22 #include <linux/seq_file.h>
23 #include <linux/poll.h>
24 #include <linux/reservation.h>
25 #include <linux/mm.h>
26
27 #include <uapi/linux/dma-buf.h>
28
29 static inline int is_dma_buf_file(struct file *);
30
31 struct dma_buf_list {
32         struct list_head head;
33         struct mutex lock;
34 };
35
36 static struct dma_buf_list db_list;
37
38 static int dma_buf_release(struct inode *inode, struct file *file)
39 {
40         struct dma_buf *dmabuf;
41
42         if (!is_dma_buf_file(file))
43                 return -EINVAL;
44
45         dmabuf = file->private_data;
46
47         BUG_ON(dmabuf->vmapping_counter);
48
49         /*
50          * Any fences that a dma-buf poll can wait on should be signaled
51          * before releasing dma-buf. This is the responsibility of each
52          * driver that uses the reservation objects.
53          *
54          * If you hit this BUG() it means someone dropped their ref to the
55          * dma-buf while still having pending operation to the buffer.
56          */
57         BUG_ON(dmabuf->cb_shared.active || dmabuf->cb_excl.active);
58
59         dmabuf->ops->release(dmabuf);
60
61         mutex_lock(&db_list.lock);
62         list_del(&dmabuf->list_node);
63         mutex_unlock(&db_list.lock);
64
65         if (dmabuf->resv == (struct reservation_object *)&dmabuf[1])
66                 reservation_object_fini(dmabuf->resv);
67
68         module_put(dmabuf->owner);
69         kfree(dmabuf);
70         return 0;
71 }
72
73 static int dma_buf_mmap_internal(struct file *file, struct vm_area_struct *vma)
74 {
75         struct dma_buf *dmabuf;
76
77         if (!is_dma_buf_file(file))
78                 return -EINVAL;
79
80         dmabuf = file->private_data;
81
82         /* check for overflowing the buffer's size */
83         if (vma->vm_pgoff + vma_pages(vma) >
84             dmabuf->size >> PAGE_SHIFT)
85                 return -EINVAL;
86
87         return dmabuf->ops->mmap(dmabuf, vma);
88 }
89
90 static loff_t dma_buf_llseek(struct file *file, loff_t offset, int whence)
91 {
92         struct dma_buf *dmabuf;
93         loff_t base;
94
95         if (!is_dma_buf_file(file))
96                 return -EBADF;
97
98         dmabuf = file->private_data;
99
100         /* only support discovering the end of the buffer,
101            but also allow SEEK_SET to maintain the idiomatic
102            SEEK_END(0), SEEK_CUR(0) pattern */
103         if (whence == SEEK_END)
104                 base = dmabuf->size;
105         else if (whence == SEEK_SET)
106                 base = 0;
107         else
108                 return -EINVAL;
109
110         if (offset != 0)
111                 return -EINVAL;
112
113         return base + offset;
114 }
115
116 /**
117  * DOC: fence polling
118  *
119  * To support cross-device and cross-driver synchronization of buffer access
120  * implicit fences (represented internally in the kernel with &struct fence) can
121  * be attached to a &dma_buf. The glue for that and a few related things are
122  * provided in the &reservation_object structure.
123  *
124  * Userspace can query the state of these implicitly tracked fences using poll()
125  * and related system calls:
126  *
127  * - Checking for EPOLLIN, i.e. read access, can be use to query the state of the
128  *   most recent write or exclusive fence.
129  *
130  * - Checking for EPOLLOUT, i.e. write access, can be used to query the state of
131  *   all attached fences, shared and exclusive ones.
132  *
133  * Note that this only signals the completion of the respective fences, i.e. the
134  * DMA transfers are complete. Cache flushing and any other necessary
135  * preparations before CPU access can begin still need to happen.
136  */
137
138 static void dma_buf_poll_cb(struct dma_fence *fence, struct dma_fence_cb *cb)
139 {
140         struct dma_buf_poll_cb_t *dcb = (struct dma_buf_poll_cb_t *)cb;
141         unsigned long flags;
142
143         spin_lock_irqsave(&dcb->poll->lock, flags);
144         wake_up_locked_poll(dcb->poll, dcb->active);
145         dcb->active = 0;
146         spin_unlock_irqrestore(&dcb->poll->lock, flags);
147 }
148
149 static __poll_t dma_buf_poll(struct file *file, poll_table *poll)
150 {
151         struct dma_buf *dmabuf;
152         struct reservation_object *resv;
153         struct reservation_object_list *fobj;
154         struct dma_fence *fence_excl;
155         __poll_t events;
156         unsigned shared_count, seq;
157
158         dmabuf = file->private_data;
159         if (!dmabuf || !dmabuf->resv)
160                 return EPOLLERR;
161
162         resv = dmabuf->resv;
163
164         poll_wait(file, &dmabuf->poll, poll);
165
166         events = poll_requested_events(poll) & (EPOLLIN | EPOLLOUT);
167         if (!events)
168                 return 0;
169
170 retry:
171         seq = read_seqcount_begin(&resv->seq);
172         rcu_read_lock();
173
174         fobj = rcu_dereference(resv->fence);
175         if (fobj)
176                 shared_count = fobj->shared_count;
177         else
178                 shared_count = 0;
179         fence_excl = rcu_dereference(resv->fence_excl);
180         if (read_seqcount_retry(&resv->seq, seq)) {
181                 rcu_read_unlock();
182                 goto retry;
183         }
184
185         if (fence_excl && (!(events & EPOLLOUT) || shared_count == 0)) {
186                 struct dma_buf_poll_cb_t *dcb = &dmabuf->cb_excl;
187                 __poll_t pevents = EPOLLIN;
188
189                 if (shared_count == 0)
190                         pevents |= EPOLLOUT;
191
192                 spin_lock_irq(&dmabuf->poll.lock);
193                 if (dcb->active) {
194                         dcb->active |= pevents;
195                         events &= ~pevents;
196                 } else
197                         dcb->active = pevents;
198                 spin_unlock_irq(&dmabuf->poll.lock);
199
200                 if (events & pevents) {
201                         if (!dma_fence_get_rcu(fence_excl)) {
202                                 /* force a recheck */
203                                 events &= ~pevents;
204                                 dma_buf_poll_cb(NULL, &dcb->cb);
205                         } else if (!dma_fence_add_callback(fence_excl, &dcb->cb,
206                                                            dma_buf_poll_cb)) {
207                                 events &= ~pevents;
208                                 dma_fence_put(fence_excl);
209                         } else {
210                                 /*
211                                  * No callback queued, wake up any additional
212                                  * waiters.
213                                  */
214                                 dma_fence_put(fence_excl);
215                                 dma_buf_poll_cb(NULL, &dcb->cb);
216                         }
217                 }
218         }
219
220         if ((events & EPOLLOUT) && shared_count > 0) {
221                 struct dma_buf_poll_cb_t *dcb = &dmabuf->cb_shared;
222                 int i;
223
224                 /* Only queue a new callback if no event has fired yet */
225                 spin_lock_irq(&dmabuf->poll.lock);
226                 if (dcb->active)
227                         events &= ~EPOLLOUT;
228                 else
229                         dcb->active = EPOLLOUT;
230                 spin_unlock_irq(&dmabuf->poll.lock);
231
232                 if (!(events & EPOLLOUT))
233                         goto out;
234
235                 for (i = 0; i < shared_count; ++i) {
236                         struct dma_fence *fence = rcu_dereference(fobj->shared[i]);
237
238                         if (!dma_fence_get_rcu(fence)) {
239                                 /*
240                                  * fence refcount dropped to zero, this means
241                                  * that fobj has been freed
242                                  *
243                                  * call dma_buf_poll_cb and force a recheck!
244                                  */
245                                 events &= ~EPOLLOUT;
246                                 dma_buf_poll_cb(NULL, &dcb->cb);
247                                 break;
248                         }
249                         if (!dma_fence_add_callback(fence, &dcb->cb,
250                                                     dma_buf_poll_cb)) {
251                                 dma_fence_put(fence);
252                                 events &= ~EPOLLOUT;
253                                 break;
254                         }
255                         dma_fence_put(fence);
256                 }
257
258                 /* No callback queued, wake up any additional waiters. */
259                 if (i == shared_count)
260                         dma_buf_poll_cb(NULL, &dcb->cb);
261         }
262
263 out:
264         rcu_read_unlock();
265         return events;
266 }
267
268 static long dma_buf_ioctl(struct file *file,
269                           unsigned int cmd, unsigned long arg)
270 {
271         struct dma_buf *dmabuf;
272         struct dma_buf_sync sync;
273         enum dma_data_direction direction;
274         int ret;
275
276         dmabuf = file->private_data;
277
278         switch (cmd) {
279         case DMA_BUF_IOCTL_SYNC:
280                 if (copy_from_user(&sync, (void __user *) arg, sizeof(sync)))
281                         return -EFAULT;
282
283                 if (sync.flags & ~DMA_BUF_SYNC_VALID_FLAGS_MASK)
284                         return -EINVAL;
285
286                 switch (sync.flags & DMA_BUF_SYNC_RW) {
287                 case DMA_BUF_SYNC_READ:
288                         direction = DMA_FROM_DEVICE;
289                         break;
290                 case DMA_BUF_SYNC_WRITE:
291                         direction = DMA_TO_DEVICE;
292                         break;
293                 case DMA_BUF_SYNC_RW:
294                         direction = DMA_BIDIRECTIONAL;
295                         break;
296                 default:
297                         return -EINVAL;
298                 }
299
300                 if (sync.flags & DMA_BUF_SYNC_END)
301                         ret = dma_buf_end_cpu_access(dmabuf, direction);
302                 else
303                         ret = dma_buf_begin_cpu_access(dmabuf, direction);
304
305                 return ret;
306         default:
307                 return -ENOTTY;
308         }
309 }
310
311 static const struct file_operations dma_buf_fops = {
312         .release        = dma_buf_release,
313         .mmap           = dma_buf_mmap_internal,
314         .llseek         = dma_buf_llseek,
315         .poll           = dma_buf_poll,
316         .unlocked_ioctl = dma_buf_ioctl,
317 #ifdef CONFIG_COMPAT
318         .compat_ioctl   = dma_buf_ioctl,
319 #endif
320 };
321
322 /*
323  * is_dma_buf_file - Check if struct file* is associated with dma_buf
324  */
325 static inline int is_dma_buf_file(struct file *file)
326 {
327         return file->f_op == &dma_buf_fops;
328 }
329
330 /**
331  * DOC: dma buf device access
332  *
333  * For device DMA access to a shared DMA buffer the usual sequence of operations
334  * is fairly simple:
335  *
336  * 1. The exporter defines his exporter instance using
337  *    DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO() and calls dma_buf_export() to wrap a private
338  *    buffer object into a &dma_buf. It then exports that &dma_buf to userspace
339  *    as a file descriptor by calling dma_buf_fd().
340  *
341  * 2. Userspace passes this file-descriptors to all drivers it wants this buffer
342  *    to share with: First the filedescriptor is converted to a &dma_buf using
343  *    dma_buf_get(). Then the buffer is attached to the device using
344  *    dma_buf_attach().
345  *
346  *    Up to this stage the exporter is still free to migrate or reallocate the
347  *    backing storage.
348  *
349  * 3. Once the buffer is attached to all devices userspace can initiate DMA
350  *    access to the shared buffer. In the kernel this is done by calling
351  *    dma_buf_map_attachment() and dma_buf_unmap_attachment().
352  *
353  * 4. Once a driver is done with a shared buffer it needs to call
354  *    dma_buf_detach() (after cleaning up any mappings) and then release the
355  *    reference acquired with dma_buf_get by calling dma_buf_put().
356  *
357  * For the detailed semantics exporters are expected to implement see
358  * &dma_buf_ops.
359  */
360
361 /**
362  * dma_buf_export - Creates a new dma_buf, and associates an anon file
363  * with this buffer, so it can be exported.
364  * Also connect the allocator specific data and ops to the buffer.
365  * Additionally, provide a name string for exporter; useful in debugging.
366  *
367  * @exp_info:   [in]    holds all the export related information provided
368  *                      by the exporter. see &struct dma_buf_export_info
369  *                      for further details.
370  *
371  * Returns, on success, a newly created dma_buf object, which wraps the
372  * supplied private data and operations for dma_buf_ops. On either missing
373  * ops, or error in allocating struct dma_buf, will return negative error.
374  *
375  * For most cases the easiest way to create @exp_info is through the
376  * %DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO macro.
377  */
378 struct dma_buf *dma_buf_export(const struct dma_buf_export_info *exp_info)
379 {
380         struct dma_buf *dmabuf;
381         struct reservation_object *resv = exp_info->resv;
382         struct file *file;
383         size_t alloc_size = sizeof(struct dma_buf);
384         int ret;
385
386         if (!exp_info->resv)
387                 alloc_size += sizeof(struct reservation_object);
388         else
389                 /* prevent &dma_buf[1] == dma_buf->resv */
390                 alloc_size += 1;
391
392         if (WARN_ON(!exp_info->priv
393                           || !exp_info->ops
394                           || !exp_info->ops->map_dma_buf
395                           || !exp_info->ops->unmap_dma_buf
396                           || !exp_info->ops->release
397                           || !exp_info->ops->mmap)) {
398                 return ERR_PTR(-EINVAL);
399         }
400
401         if (!try_module_get(exp_info->owner))
402                 return ERR_PTR(-ENOENT);
403
404         dmabuf = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);
405         if (!dmabuf) {
406                 ret = -ENOMEM;
407                 goto err_module;
408         }
409
410         dmabuf->priv = exp_info->priv;
411         dmabuf->ops = exp_info->ops;
412         dmabuf->size = exp_info->size;
413         dmabuf->exp_name = exp_info->exp_name;
414         dmabuf->owner = exp_info->owner;
415         init_waitqueue_head(&dmabuf->poll);
416         dmabuf->cb_excl.poll = dmabuf->cb_shared.poll = &dmabuf->poll;
417         dmabuf->cb_excl.active = dmabuf->cb_shared.active = 0;
418
419         if (!resv) {
420                 resv = (struct reservation_object *)&dmabuf[1];
421                 reservation_object_init(resv);
422         }
423         dmabuf->resv = resv;
424
425         file = anon_inode_getfile("dmabuf", &dma_buf_fops, dmabuf,
426                                         exp_info->flags);
427         if (IS_ERR(file)) {
428                 ret = PTR_ERR(file);
429                 goto err_dmabuf;
430         }
431
432         file->f_mode |= FMODE_LSEEK;
433         dmabuf->file = file;
434
435         mutex_init(&dmabuf->lock);
436         INIT_LIST_HEAD(&dmabuf->attachments);
437
438         mutex_lock(&db_list.lock);
439         list_add(&dmabuf->list_node, &db_list.head);
440         mutex_unlock(&db_list.lock);
441
442         return dmabuf;
443
444 err_dmabuf:
445         kfree(dmabuf);
446 err_module:
447         module_put(exp_info->owner);
448         return ERR_PTR(ret);
449 }
450 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_export);
451
452 /**
453  * dma_buf_fd - returns a file descriptor for the given dma_buf
454  * @dmabuf:     [in]    pointer to dma_buf for which fd is required.
455  * @flags:      [in]    flags to give to fd
456  *
457  * On success, returns an associated 'fd'. Else, returns error.
458  */
459 int dma_buf_fd(struct dma_buf *dmabuf, int flags)
460 {
461         int fd;
462
463         if (!dmabuf || !dmabuf->file)
464                 return -EINVAL;
465
466         fd = get_unused_fd_flags(flags);
467         if (fd < 0)
468                 return fd;
469
470         fd_install(fd, dmabuf->file);
471
472         return fd;
473 }
474 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_fd);
475
476 /**
477  * dma_buf_get - returns the dma_buf structure related to an fd
478  * @fd: [in]    fd associated with the dma_buf to be returned
479  *
480  * On success, returns the dma_buf structure associated with an fd; uses
481  * file's refcounting done by fget to increase refcount. returns ERR_PTR
482  * otherwise.
483  */
484 struct dma_buf *dma_buf_get(int fd)
485 {
486         struct file *file;
487
488         file = fget(fd);
489
490         if (!file)
491                 return ERR_PTR(-EBADF);
492
493         if (!is_dma_buf_file(file)) {
494                 fput(file);
495                 return ERR_PTR(-EINVAL);
496         }
497
498         return file->private_data;
499 }
500 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_get);
501
502 /**
503  * dma_buf_put - decreases refcount of the buffer
504  * @dmabuf:     [in]    buffer to reduce refcount of
505  *
506  * Uses file's refcounting done implicitly by fput().
507  *
508  * If, as a result of this call, the refcount becomes 0, the 'release' file
509  * operation related to this fd is called. It calls &dma_buf_ops.release vfunc
510  * in turn, and frees the memory allocated for dmabuf when exported.
511  */
512 void dma_buf_put(struct dma_buf *dmabuf)
513 {
514         if (WARN_ON(!dmabuf || !dmabuf->file))
515                 return;
516
517         fput(dmabuf->file);
518 }
519 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_put);
520
521 /**
522  * dma_buf_attach - Add the device to dma_buf's attachments list; optionally,
523  * calls attach() of dma_buf_ops to allow device-specific attach functionality
524  * @dmabuf:     [in]    buffer to attach device to.
525  * @dev:        [in]    device to be attached.
526  *
527  * Returns struct dma_buf_attachment pointer for this attachment. Attachments
528  * must be cleaned up by calling dma_buf_detach().
529  *
530  * Returns:
531  *
532  * A pointer to newly created &dma_buf_attachment on success, or a negative
533  * error code wrapped into a pointer on failure.
534  *
535  * Note that this can fail if the backing storage of @dmabuf is in a place not
536  * accessible to @dev, and cannot be moved to a more suitable place. This is
537  * indicated with the error code -EBUSY.
538  */
539 struct dma_buf_attachment *dma_buf_attach(struct dma_buf *dmabuf,
540                                           struct device *dev)
541 {
542         struct dma_buf_attachment *attach;
543         int ret;
544
545         if (WARN_ON(!dmabuf || !dev))
546                 return ERR_PTR(-EINVAL);
547
548         attach = kzalloc(sizeof(*attach), GFP_KERNEL);
549         if (!attach)
550                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
551
552         attach->dev = dev;
553         attach->dmabuf = dmabuf;
554
555         mutex_lock(&dmabuf->lock);
556
557         if (dmabuf->ops->attach) {
558                 ret = dmabuf->ops->attach(dmabuf, attach);
559                 if (ret)
560                         goto err_attach;
561         }
562         list_add(&attach->node, &dmabuf->attachments);
563
564         mutex_unlock(&dmabuf->lock);
565         return attach;
566
567 err_attach:
568         kfree(attach);
569         mutex_unlock(&dmabuf->lock);
570         return ERR_PTR(ret);
571 }
572 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_attach);
573
574 /**
575  * dma_buf_detach - Remove the given attachment from dmabuf's attachments list;
576  * optionally calls detach() of dma_buf_ops for device-specific detach
577  * @dmabuf:     [in]    buffer to detach from.
578  * @attach:     [in]    attachment to be detached; is free'd after this call.
579  *
580  * Clean up a device attachment obtained by calling dma_buf_attach().
581  */
582 void dma_buf_detach(struct dma_buf *dmabuf, struct dma_buf_attachment *attach)
583 {
584         if (WARN_ON(!dmabuf || !attach))
585                 return;
586
587         mutex_lock(&dmabuf->lock);
588         list_del(&attach->node);
589         if (dmabuf->ops->detach)
590                 dmabuf->ops->detach(dmabuf, attach);
591
592         mutex_unlock(&dmabuf->lock);
593         kfree(attach);
594 }
595 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_detach);
596
597 /**
598  * dma_buf_map_attachment - Returns the scatterlist table of the attachment;
599  * mapped into _device_ address space. Is a wrapper for map_dma_buf() of the
600  * dma_buf_ops.
601  * @attach:     [in]    attachment whose scatterlist is to be returned
602  * @direction:  [in]    direction of DMA transfer
603  *
604  * Returns sg_table containing the scatterlist to be returned; returns ERR_PTR
605  * on error. May return -EINTR if it is interrupted by a signal.
606  *
607  * A mapping must be unmapped by using dma_buf_unmap_attachment(). Note that
608  * the underlying backing storage is pinned for as long as a mapping exists,
609  * therefore users/importers should not hold onto a mapping for undue amounts of
610  * time.
611  */
612 struct sg_table *dma_buf_map_attachment(struct dma_buf_attachment *attach,
613                                         enum dma_data_direction direction)
614 {
615         struct sg_table *sg_table;
616
617         might_sleep();
618
619         if (WARN_ON(!attach || !attach->dmabuf))
620                 return ERR_PTR(-EINVAL);
621
622         sg_table = attach->dmabuf->ops->map_dma_buf(attach, direction);
623         if (!sg_table)
624                 sg_table = ERR_PTR(-ENOMEM);
625
626         return sg_table;
627 }
628 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_map_attachment);
629
630 /**
631  * dma_buf_unmap_attachment - unmaps and decreases usecount of the buffer;might
632  * deallocate the scatterlist associated. Is a wrapper for unmap_dma_buf() of
633  * dma_buf_ops.
634  * @attach:     [in]    attachment to unmap buffer from
635  * @sg_table:   [in]    scatterlist info of the buffer to unmap
636  * @direction:  [in]    direction of DMA transfer
637  *
638  * This unmaps a DMA mapping for @attached obtained by dma_buf_map_attachment().
639  */
640 void dma_buf_unmap_attachment(struct dma_buf_attachment *attach,
641                                 struct sg_table *sg_table,
642                                 enum dma_data_direction direction)
643 {
644         might_sleep();
645
646         if (WARN_ON(!attach || !attach->dmabuf || !sg_table))
647                 return;
648
649         attach->dmabuf->ops->unmap_dma_buf(attach, sg_table,
650                                                 direction);
651 }
652 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_unmap_attachment);
653
654 /**
655  * DOC: cpu access
656  *
657  * There are mutliple reasons for supporting CPU access to a dma buffer object:
658  *
659  * - Fallback operations in the kernel, for example when a device is connected
660  *   over USB and the kernel needs to shuffle the data around first before
661  *   sending it away. Cache coherency is handled by braketing any transactions
662  *   with calls to dma_buf_begin_cpu_access() and dma_buf_end_cpu_access()
663  *   access.
664  *
665  *   To support dma_buf objects residing in highmem cpu access is page-based
666  *   using an api similar to kmap. Accessing a dma_buf is done in aligned chunks
667  *   of PAGE_SIZE size. Before accessing a chunk it needs to be mapped, which
668  *   returns a pointer in kernel virtual address space. Afterwards the chunk
669  *   needs to be unmapped again. There is no limit on how often a given chunk
670  *   can be mapped and unmapped, i.e. the importer does not need to call
671  *   begin_cpu_access again before mapping the same chunk again.
672  *
673  *   Interfaces::
674  *      void \*dma_buf_kmap(struct dma_buf \*, unsigned long);
675  *      void dma_buf_kunmap(struct dma_buf \*, unsigned long, void \*);
676  *
677  *   Implementing the functions is optional for exporters and for importers all
678  *   the restrictions of using kmap apply.
679  *
680  *   dma_buf kmap calls outside of the range specified in begin_cpu_access are
681  *   undefined. If the range is not PAGE_SIZE aligned, kmap needs to succeed on
682  *   the partial chunks at the beginning and end but may return stale or bogus
683  *   data outside of the range (in these partial chunks).
684  *
685  *   For some cases the overhead of kmap can be too high, a vmap interface
686  *   is introduced. This interface should be used very carefully, as vmalloc
687  *   space is a limited resources on many architectures.
688  *
689  *   Interfaces::
690  *      void \*dma_buf_vmap(struct dma_buf \*dmabuf)
691  *      void dma_buf_vunmap(struct dma_buf \*dmabuf, void \*vaddr)
692  *
693  *   The vmap call can fail if there is no vmap support in the exporter, or if
694  *   it runs out of vmalloc space. Fallback to kmap should be implemented. Note
695  *   that the dma-buf layer keeps a reference count for all vmap access and
696  *   calls down into the exporter's vmap function only when no vmapping exists,
697  *   and only unmaps it once. Protection against concurrent vmap/vunmap calls is
698  *   provided by taking the dma_buf->lock mutex.
699  *
700  * - For full compatibility on the importer side with existing userspace
701  *   interfaces, which might already support mmap'ing buffers. This is needed in
702  *   many processing pipelines (e.g. feeding a software rendered image into a
703  *   hardware pipeline, thumbnail creation, snapshots, ...). Also, Android's ION
704  *   framework already supported this and for DMA buffer file descriptors to
705  *   replace ION buffers mmap support was needed.
706  *
707  *   There is no special interfaces, userspace simply calls mmap on the dma-buf
708  *   fd. But like for CPU access there's a need to braket the actual access,
709  *   which is handled by the ioctl (DMA_BUF_IOCTL_SYNC). Note that
710  *   DMA_BUF_IOCTL_SYNC can fail with -EAGAIN or -EINTR, in which case it must
711  *   be restarted.
712  *
713  *   Some systems might need some sort of cache coherency management e.g. when
714  *   CPU and GPU domains are being accessed through dma-buf at the same time.
715  *   To circumvent this problem there are begin/end coherency markers, that
716  *   forward directly to existing dma-buf device drivers vfunc hooks. Userspace
717  *   can make use of those markers through the DMA_BUF_IOCTL_SYNC ioctl. The
718  *   sequence would be used like following:
719  *
720  *     - mmap dma-buf fd
721  *     - for each drawing/upload cycle in CPU 1. SYNC_START ioctl, 2. read/write
722  *       to mmap area 3. SYNC_END ioctl. This can be repeated as often as you
723  *       want (with the new data being consumed by say the GPU or the scanout
724  *       device)
725  *     - munmap once you don't need the buffer any more
726  *
727  *    For correctness and optimal performance, it is always required to use
728  *    SYNC_START and SYNC_END before and after, respectively, when accessing the
729  *    mapped address. Userspace cannot rely on coherent access, even when there
730  *    are systems where it just works without calling these ioctls.
731  *
732  * - And as a CPU fallback in userspace processing pipelines.
733  *
734  *   Similar to the motivation for kernel cpu access it is again important that
735  *   the userspace code of a given importing subsystem can use the same
736  *   interfaces with a imported dma-buf buffer object as with a native buffer
737  *   object. This is especially important for drm where the userspace part of
738  *   contemporary OpenGL, X, and other drivers is huge, and reworking them to
739  *   use a different way to mmap a buffer rather invasive.
740  *
741  *   The assumption in the current dma-buf interfaces is that redirecting the
742  *   initial mmap is all that's needed. A survey of some of the existing
743  *   subsystems shows that no driver seems to do any nefarious thing like
744  *   syncing up with outstanding asynchronous processing on the device or
745  *   allocating special resources at fault time. So hopefully this is good
746  *   enough, since adding interfaces to intercept pagefaults and allow pte
747  *   shootdowns would increase the complexity quite a bit.
748  *
749  *   Interface::
750  *      int dma_buf_mmap(struct dma_buf \*, struct vm_area_struct \*,
751  *                     unsigned long);
752  *
753  *   If the importing subsystem simply provides a special-purpose mmap call to
754  *   set up a mapping in userspace, calling do_mmap with dma_buf->file will
755  *   equally achieve that for a dma-buf object.
756  */
757
758 static int __dma_buf_begin_cpu_access(struct dma_buf *dmabuf,
759                                       enum dma_data_direction direction)
760 {
761         bool write = (direction == DMA_BIDIRECTIONAL ||
762                       direction == DMA_TO_DEVICE);
763         struct reservation_object *resv = dmabuf->resv;
764         long ret;
765
766         /* Wait on any implicit rendering fences */
767         ret = reservation_object_wait_timeout_rcu(resv, write, true,
768                                                   MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
769         if (ret < 0)
770                 return ret;
771
772         return 0;
773 }
774
775 /**
776  * dma_buf_begin_cpu_access - Must be called before accessing a dma_buf from the
777  * cpu in the kernel context. Calls begin_cpu_access to allow exporter-specific
778  * preparations. Coherency is only guaranteed in the specified range for the
779  * specified access direction.
780  * @dmabuf:     [in]    buffer to prepare cpu access for.
781  * @direction:  [in]    length of range for cpu access.
782  *
783  * After the cpu access is complete the caller should call
784  * dma_buf_end_cpu_access(). Only when cpu access is braketed by both calls is
785  * it guaranteed to be coherent with other DMA access.
786  *
787  * Can return negative error values, returns 0 on success.
788  */
789 int dma_buf_begin_cpu_access(struct dma_buf *dmabuf,
790                              enum dma_data_direction direction)
791 {
792         int ret = 0;
793
794         if (WARN_ON(!dmabuf))
795                 return -EINVAL;
796
797         if (dmabuf->ops->begin_cpu_access)
798                 ret = dmabuf->ops->begin_cpu_access(dmabuf, direction);
799
800         /* Ensure that all fences are waited upon - but we first allow
801          * the native handler the chance to do so more efficiently if it
802          * chooses. A double invocation here will be reasonably cheap no-op.
803          */
804         if (ret == 0)
805                 ret = __dma_buf_begin_cpu_access(dmabuf, direction);
806
807         return ret;
808 }
809 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_begin_cpu_access);
810
811 /**
812  * dma_buf_end_cpu_access - Must be called after accessing a dma_buf from the
813  * cpu in the kernel context. Calls end_cpu_access to allow exporter-specific
814  * actions. Coherency is only guaranteed in the specified range for the
815  * specified access direction.
816  * @dmabuf:     [in]    buffer to complete cpu access for.
817  * @direction:  [in]    length of range for cpu access.
818  *
819  * This terminates CPU access started with dma_buf_begin_cpu_access().
820  *
821  * Can return negative error values, returns 0 on success.
822  */
823 int dma_buf_end_cpu_access(struct dma_buf *dmabuf,
824                            enum dma_data_direction direction)
825 {
826         int ret = 0;
827
828         WARN_ON(!dmabuf);
829
830         if (dmabuf->ops->end_cpu_access)
831                 ret = dmabuf->ops->end_cpu_access(dmabuf, direction);
832
833         return ret;
834 }
835 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_end_cpu_access);
836
837 /**
838  * dma_buf_kmap - Map a page of the buffer object into kernel address space. The
839  * same restrictions as for kmap and friends apply.
840  * @dmabuf:     [in]    buffer to map page from.
841  * @page_num:   [in]    page in PAGE_SIZE units to map.
842  *
843  * This call must always succeed, any necessary preparations that might fail
844  * need to be done in begin_cpu_access.
845  */
846 void *dma_buf_kmap(struct dma_buf *dmabuf, unsigned long page_num)
847 {
848         WARN_ON(!dmabuf);
849
850         if (!dmabuf->ops->map)
851                 return NULL;
852         return dmabuf->ops->map(dmabuf, page_num);
853 }
854 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_kmap);
855
856 /**
857  * dma_buf_kunmap - Unmap a page obtained by dma_buf_kmap.
858  * @dmabuf:     [in]    buffer to unmap page from.
859  * @page_num:   [in]    page in PAGE_SIZE units to unmap.
860  * @vaddr:      [in]    kernel space pointer obtained from dma_buf_kmap.
861  *
862  * This call must always succeed.
863  */
864 void dma_buf_kunmap(struct dma_buf *dmabuf, unsigned long page_num,
865                     void *vaddr)
866 {
867         WARN_ON(!dmabuf);
868
869         if (dmabuf->ops->unmap)
870                 dmabuf->ops->unmap(dmabuf, page_num, vaddr);
871 }
872 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_kunmap);
873
874
875 /**
876  * dma_buf_mmap - Setup up a userspace mmap with the given vma
877  * @dmabuf:     [in]    buffer that should back the vma
878  * @vma:        [in]    vma for the mmap
879  * @pgoff:      [in]    offset in pages where this mmap should start within the
880  *                      dma-buf buffer.
881  *
882  * This function adjusts the passed in vma so that it points at the file of the
883  * dma_buf operation. It also adjusts the starting pgoff and does bounds
884  * checking on the size of the vma. Then it calls the exporters mmap function to
885  * set up the mapping.
886  *
887  * Can return negative error values, returns 0 on success.
888  */
889 int dma_buf_mmap(struct dma_buf *dmabuf, struct vm_area_struct *vma,
890                  unsigned long pgoff)
891 {
892         struct file *oldfile;
893         int ret;
894
895         if (WARN_ON(!dmabuf || !vma))
896                 return -EINVAL;
897
898         /* check for offset overflow */
899         if (pgoff + vma_pages(vma) < pgoff)
900                 return -EOVERFLOW;
901
902         /* check for overflowing the buffer's size */
903         if (pgoff + vma_pages(vma) >
904             dmabuf->size >> PAGE_SHIFT)
905                 return -EINVAL;
906
907         /* readjust the vma */
908         get_file(dmabuf->file);
909         oldfile = vma->vm_file;
910         vma->vm_file = dmabuf->file;
911         vma->vm_pgoff = pgoff;
912
913         ret = dmabuf->ops->mmap(dmabuf, vma);
914         if (ret) {
915                 /* restore old parameters on failure */
916                 vma->vm_file = oldfile;
917                 fput(dmabuf->file);
918         } else {
919                 if (oldfile)
920                         fput(oldfile);
921         }
922         return ret;
923
924 }
925 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_mmap);
926
927 /**
928  * dma_buf_vmap - Create virtual mapping for the buffer object into kernel
929  * address space. Same restrictions as for vmap and friends apply.
930  * @dmabuf:     [in]    buffer to vmap
931  *
932  * This call may fail due to lack of virtual mapping address space.
933  * These calls are optional in drivers. The intended use for them
934  * is for mapping objects linear in kernel space for high use objects.
935  * Please attempt to use kmap/kunmap before thinking about these interfaces.
936  *
937  * Returns NULL on error.
938  */
939 void *dma_buf_vmap(struct dma_buf *dmabuf)
940 {
941         void *ptr;
942
943         if (WARN_ON(!dmabuf))
944                 return NULL;
945
946         if (!dmabuf->ops->vmap)
947                 return NULL;
948
949         mutex_lock(&dmabuf->lock);
950         if (dmabuf->vmapping_counter) {
951                 dmabuf->vmapping_counter++;
952                 BUG_ON(!dmabuf->vmap_ptr);
953                 ptr = dmabuf->vmap_ptr;
954                 goto out_unlock;
955         }
956
957         BUG_ON(dmabuf->vmap_ptr);
958
959         ptr = dmabuf->ops->vmap(dmabuf);
960         if (WARN_ON_ONCE(IS_ERR(ptr)))
961                 ptr = NULL;
962         if (!ptr)
963                 goto out_unlock;
964
965         dmabuf->vmap_ptr = ptr;
966         dmabuf->vmapping_counter = 1;
967
968 out_unlock:
969         mutex_unlock(&dmabuf->lock);
970         return ptr;
971 }
972 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_vmap);
973
974 /**
975  * dma_buf_vunmap - Unmap a vmap obtained by dma_buf_vmap.
976  * @dmabuf:     [in]    buffer to vunmap
977  * @vaddr:      [in]    vmap to vunmap
978  */
979 void dma_buf_vunmap(struct dma_buf *dmabuf, void *vaddr)
980 {
981         if (WARN_ON(!dmabuf))
982                 return;
983
984         BUG_ON(!dmabuf->vmap_ptr);
985         BUG_ON(dmabuf->vmapping_counter == 0);
986         BUG_ON(dmabuf->vmap_ptr != vaddr);
987
988         mutex_lock(&dmabuf->lock);
989         if (--dmabuf->vmapping_counter == 0) {
990                 if (dmabuf->ops->vunmap)
991                         dmabuf->ops->vunmap(dmabuf, vaddr);
992                 dmabuf->vmap_ptr = NULL;
993         }
994         mutex_unlock(&dmabuf->lock);
995 }
996 EXPORT_SYMBOL_GPL(dma_buf_vunmap);
997
998 #ifdef CONFIG_DEBUG_FS
999 static int dma_buf_debug_show(struct seq_file *s, void *unused)
1000 {
1001         int ret;
1002         struct dma_buf *buf_obj;
1003         struct dma_buf_attachment *attach_obj;
1004         struct reservation_object *robj;
1005         struct reservation_object_list *fobj;
1006         struct dma_fence *fence;
1007         unsigned seq;
1008         int count = 0, attach_count, shared_count, i;
1009         size_t size = 0;
1010
1011         ret = mutex_lock_interruptible(&db_list.lock);
1012
1013         if (ret)
1014                 return ret;
1015
1016         seq_puts(s, "\nDma-buf Objects:\n");
1017         seq_printf(s, "%-8s\t%-8s\t%-8s\t%-8s\texp_name\n",
1018                    "size", "flags", "mode", "count");
1019
1020         list_for_each_entry(buf_obj, &db_list.head, list_node) {
1021                 ret = mutex_lock_interruptible(&buf_obj->lock);
1022
1023                 if (ret) {
1024                         seq_puts(s,
1025                                  "\tERROR locking buffer object: skipping\n");
1026                         continue;
1027                 }
1028
1029                 seq_printf(s, "%08zu\t%08x\t%08x\t%08ld\t%s\n",
1030                                 buf_obj->size,
1031                                 buf_obj->file->f_flags, buf_obj->file->f_mode,
1032                                 file_count(buf_obj->file),
1033                                 buf_obj->exp_name);
1034
1035                 robj = buf_obj->resv;
1036                 while (true) {
1037                         seq = read_seqcount_begin(&robj->seq);
1038                         rcu_read_lock();
1039                         fobj = rcu_dereference(robj->fence);
1040                         shared_count = fobj ? fobj->shared_count : 0;
1041                         fence = rcu_dereference(robj->fence_excl);
1042                         if (!read_seqcount_retry(&robj->seq, seq))
1043                                 break;
1044                         rcu_read_unlock();
1045                 }
1046
1047                 if (fence)
1048                         seq_printf(s, "\tExclusive fence: %s %s %ssignalled\n",
1049                                    fence->ops->get_driver_name(fence),
1050                                    fence->ops->get_timeline_name(fence),
1051                                    dma_fence_is_signaled(fence) ? "" : "un");
1052                 for (i = 0; i < shared_count; i++) {
1053                         fence = rcu_dereference(fobj->shared[i]);
1054                         if (!dma_fence_get_rcu(fence))
1055                                 continue;
1056                         seq_printf(s, "\tShared fence: %s %s %ssignalled\n",
1057                                    fence->ops->get_driver_name(fence),
1058                                    fence->ops->get_timeline_name(fence),
1059                                    dma_fence_is_signaled(fence) ? "" : "un");
1060                 }
1061                 rcu_read_unlock();
1062
1063                 seq_puts(s, "\tAttached Devices:\n");
1064                 attach_count = 0;
1065
1066                 list_for_each_entry(attach_obj, &buf_obj->attachments, node) {
1067                         seq_printf(s, "\t%s\n", dev_name(attach_obj->dev));
1068                         attach_count++;
1069                 }
1070
1071                 seq_printf(s, "Total %d devices attached\n\n",
1072                                 attach_count);
1073
1074                 count++;
1075                 size += buf_obj->size;
1076                 mutex_unlock(&buf_obj->lock);
1077         }
1078
1079         seq_printf(s, "\nTotal %d objects, %zu bytes\n", count, size);
1080
1081         mutex_unlock(&db_list.lock);
1082         return 0;
1083 }
1084
1085 DEFINE_SHOW_ATTRIBUTE(dma_buf_debug);
1086
1087 static struct dentry *dma_buf_debugfs_dir;
1088
1089 static int dma_buf_init_debugfs(void)
1090 {
1091         struct dentry *d;
1092         int err = 0;
1093
1094         d = debugfs_create_dir("dma_buf", NULL);
1095         if (IS_ERR(d))
1096                 return PTR_ERR(d);
1097
1098         dma_buf_debugfs_dir = d;
1099
1100         d = debugfs_create_file("bufinfo", S_IRUGO, dma_buf_debugfs_dir,
1101                                 NULL, &dma_buf_debug_fops);
1102         if (IS_ERR(d)) {
1103                 pr_debug("dma_buf: debugfs: failed to create node bufinfo\n");
1104                 debugfs_remove_recursive(dma_buf_debugfs_dir);
1105                 dma_buf_debugfs_dir = NULL;
1106                 err = PTR_ERR(d);
1107         }
1108
1109         return err;
1110 }
1111
1112 static void dma_buf_uninit_debugfs(void)
1113 {
1114         debugfs_remove_recursive(dma_buf_debugfs_dir);
1115 }
1116 #else
1117 static inline int dma_buf_init_debugfs(void)
1118 {
1119         return 0;
1120 }
1121 static inline void dma_buf_uninit_debugfs(void)
1122 {
1123 }
1124 #endif
1125
1126 static int __init dma_buf_init(void)
1127 {
1128         mutex_init(&db_list.lock);
1129         INIT_LIST_HEAD(&db_list.head);
1130         dma_buf_init_debugfs();
1131         return 0;
1132 }
1133 subsys_initcall(dma_buf_init);
1134
1135 static void __exit dma_buf_deinit(void)
1136 {
1137         dma_buf_uninit_debugfs();
1138 }
1139 __exitcall(dma_buf_deinit);