drivers/iommu/iova.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Copyright © 2006-2009, Intel Corporation.
   4  *
   5  * Author: Anil S Keshavamurthy <anil.s.keshavamurthy@intel.com>
   6  */
   7
   8 #include <linux/iova.h>
   9 #include <linux/module.h>
  10 #include <linux/slab.h>
  11 #include <linux/smp.h>
  12 #include <linux/bitops.h>
  13 #include <linux/cpu.h>
  14
  15 /* The anchor node sits above the top of the usable address space */
  16 #define IOVA_ANCHOR     ~0UL
  17
  18 static bool iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad,
  19                                unsigned long pfn,
  20                                unsigned long size);
  21 static unsigned long iova_rcache_get(struct iova_domain *iovad,
  22                                      unsigned long size,
  23                                      unsigned long limit_pfn);
  24 static void init_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad);
  25 static void free_cpu_cached_iovas(unsigned int cpu, struct iova_domain *iovad);
  26 static void free_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad);
  27 static void fq_destroy_all_entries(struct iova_domain *iovad);
  28 static void fq_flush_timeout(struct timer_list *t);
  29
  30 static int iova_cpuhp_dead(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
  31 {
  32         struct iova_domain *iovad;
  33
  34         iovad = hlist_entry_safe(node, struct iova_domain, cpuhp_dead);
  35
  36         free_cpu_cached_iovas(cpu, iovad);
  37         return 0;
  38 }
  39
  40 static void free_global_cached_iovas(struct iova_domain *iovad);
  41
  42 static struct iova *to_iova(struct rb_node *node)
  43 {
  44         return rb_entry(node, struct iova, node);
  45 }
  46
  47 void
  48 init_iova_domain(struct iova_domain *iovad, unsigned long granule,
  49         unsigned long start_pfn)
  50 {
  51         /*
  52          * IOVA granularity will normally be equal to the smallest
  53          * supported IOMMU page size; both *must* be capable of
  54          * representing individual CPU pages exactly.
  55          */
  56         BUG_ON((granule > PAGE_SIZE) || !is_power_of_2(granule));
  57
  58         spin_lock_init(&iovad->iova_rbtree_lock);
  59         iovad->rbroot = RB_ROOT;
  60         iovad->cached_node = &iovad->anchor.node;
  61         iovad->cached32_node = &iovad->anchor.node;
  62         iovad->granule = granule;
  63         iovad->start_pfn = start_pfn;
  64         iovad->dma_32bit_pfn = 1UL << (32 - iova_shift(iovad));
  65         iovad->max32_alloc_size = iovad->dma_32bit_pfn;
  66         iovad->flush_cb = NULL;
  67         iovad->fq = NULL;
  68         iovad->anchor.pfn_lo = iovad->anchor.pfn_hi = IOVA_ANCHOR;
  69         rb_link_node(&iovad->anchor.node, NULL, &iovad->rbroot.rb_node);
  70         rb_insert_color(&iovad->anchor.node, &iovad->rbroot);
  71         cpuhp_state_add_instance_nocalls(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD, &iovad->cpuhp_dead);
  72         init_iova_rcaches(iovad);
  73 }
  74 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_iova_domain);
  75
  76 static bool has_iova_flush_queue(struct iova_domain *iovad)
  77 {
  78         return !!iovad->fq;
  79 }
  80
  81 static void free_iova_flush_queue(struct iova_domain *iovad)
  82 {
  83         if (!has_iova_flush_queue(iovad))
  84                 return;
  85
  86         if (timer_pending(&iovad->fq_timer))
  87                 del_timer(&iovad->fq_timer);
  88
  89         fq_destroy_all_entries(iovad);
  90
  91         free_percpu(iovad->fq);
  92
  93         iovad->fq         = NULL;
  94         iovad->flush_cb   = NULL;
  95         iovad->entry_dtor = NULL;
  96 }
  97
  98 int init_iova_flush_queue(struct iova_domain *iovad,
  99                           iova_flush_cb flush_cb, iova_entry_dtor entry_dtor)
 100 {
 101         struct iova_fq __percpu *queue;
 102         int cpu;
 103
 104         atomic64_set(&iovad->fq_flush_start_cnt,  0);
 105         atomic64_set(&iovad->fq_flush_finish_cnt, 0);
 106
 107         queue = alloc_percpu(struct iova_fq);
 108         if (!queue)
 109                 return -ENOMEM;
 110
 111         iovad->flush_cb   = flush_cb;
 112         iovad->entry_dtor = entry_dtor;
 113
 114         for_each_possible_cpu(cpu) {
 115                 struct iova_fq *fq;
 116
 117                 fq = per_cpu_ptr(queue, cpu);
 118                 fq->head = 0;
 119                 fq->tail = 0;
 120
 121                 spin_lock_init(&fq->lock);
 122         }
 123
 124         smp_wmb();
 125
 126         iovad->fq = queue;
 127
 128         timer_setup(&iovad->fq_timer, fq_flush_timeout, 0);
 129         atomic_set(&iovad->fq_timer_on, 0);
 130
 131         return 0;
 132 }
 133
 134 static struct rb_node *
 135 __get_cached_rbnode(struct iova_domain *iovad, unsigned long limit_pfn)
 136 {
 137         if (limit_pfn <= iovad->dma_32bit_pfn)
 138                 return iovad->cached32_node;
 139
 140         return iovad->cached_node;
 141 }
 142
 143 static void
 144 __cached_rbnode_insert_update(struct iova_domain *iovad, struct iova *new)
 145 {
 146         if (new->pfn_hi < iovad->dma_32bit_pfn)
 147                 iovad->cached32_node = &new->node;
 148         else
 149                 iovad->cached_node = &new->node;
 150 }
 151
 152 static void
 153 __cached_rbnode_delete_update(struct iova_domain *iovad, struct iova *free)
 154 {
 155         struct iova *cached_iova;
 156
 157         cached_iova = to_iova(iovad->cached32_node);
 158         if (free == cached_iova ||
 159             (free->pfn_hi < iovad->dma_32bit_pfn &&
 160              free->pfn_lo >= cached_iova->pfn_lo)) {
 161                 iovad->cached32_node = rb_next(&free->node);
 162                 iovad->max32_alloc_size = iovad->dma_32bit_pfn;
 163         }
 164
 165         cached_iova = to_iova(iovad->cached_node);
 166         if (free->pfn_lo >= cached_iova->pfn_lo)
 167                 iovad->cached_node = rb_next(&free->node);
 168 }
 169
 170 static struct rb_node *iova_find_limit(struct iova_domain *iovad, unsigned long limit_pfn)
 171 {
 172         struct rb_node *node, *next;
 173         /*
 174          * Ideally what we'd like to judge here is whether limit_pfn is close
 175          * enough to the highest-allocated IOVA that starting the allocation
 176          * walk from the anchor node will be quicker than this initial work to
 177          * find an exact starting point (especially if that ends up being the
 178          * anchor node anyway). This is an incredibly crude approximation which
 179          * only really helps the most likely case, but is at least trivially easy.
 180          */
 181         if (limit_pfn > iovad->dma_32bit_pfn)
 182                 return &iovad->anchor.node;
 183
 184         node = iovad->rbroot.rb_node;
 185         while (to_iova(node)->pfn_hi < limit_pfn)
 186                 node = node->rb_right;
 187
 188 search_left:
 189         while (node->rb_left && to_iova(node->rb_left)->pfn_lo >= limit_pfn)
 190                 node = node->rb_left;
 191
 192         if (!node->rb_left)
 193                 return node;
 194
 195         next = node->rb_left;
 196         while (next->rb_right) {
 197                 next = next->rb_right;
 198                 if (to_iova(next)->pfn_lo >= limit_pfn) {
 199                         node = next;
 200                         goto search_left;
 201                 }
 202         }
 203
 204         return node;
 205 }
 206
 207 /* Insert the iova into domain rbtree by holding writer lock */
 208 static void
 209 iova_insert_rbtree(struct rb_root *root, struct iova *iova,
 210                    struct rb_node *start)
 211 {
 212         struct rb_node **new, *parent = NULL;
 213
 214         new = (start) ? &start : &(root->rb_node);
 215         /* Figure out where to put new node */
 216         while (*new) {
 217                 struct iova *this = to_iova(*new);
 218
 219                 parent = *new;
 220
 221                 if (iova->pfn_lo < this->pfn_lo)
 222                         new = &((*new)->rb_left);
 223                 else if (iova->pfn_lo > this->pfn_lo)
 224                         new = &((*new)->rb_right);
 225                 else {
 226                         WARN_ON(1); /* this should not happen */
 227                         return;
 228                 }
 229         }
 230         /* Add new node and rebalance tree. */
 231         rb_link_node(&iova->node, parent, new);
 232         rb_insert_color(&iova->node, root);
 233 }
 234
 235 static int __alloc_and_insert_iova_range(struct iova_domain *iovad,
 236                 unsigned long size, unsigned long limit_pfn,
 237                         struct iova *new, bool size_aligned)
 238 {
 239         struct rb_node *curr, *prev;
 240         struct iova *curr_iova;
 241         unsigned long flags;
 242         unsigned long new_pfn, retry_pfn;
 243         unsigned long align_mask = ~0UL;
 244         unsigned long high_pfn = limit_pfn, low_pfn = iovad->start_pfn;
 245
 246         if (size_aligned)
 247                 align_mask <<= fls_long(size - 1);
 248
 249         /* Walk the tree backwards */
 250         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 251         if (limit_pfn <= iovad->dma_32bit_pfn &&
 252                         size >= iovad->max32_alloc_size)
 253                 goto iova32_full;
 254
 255         curr = __get_cached_rbnode(iovad, limit_pfn);
 256         curr_iova = to_iova(curr);
 257         retry_pfn = curr_iova->pfn_hi + 1;
 258
 259 retry:
 260         do {
 261                 high_pfn = min(high_pfn, curr_iova->pfn_lo);
 262                 new_pfn = (high_pfn - size) & align_mask;
 263                 prev = curr;
 264                 curr = rb_prev(curr);
 265                 curr_iova = to_iova(curr);
 266         } while (curr && new_pfn <= curr_iova->pfn_hi && new_pfn >= low_pfn);
 267
 268         if (high_pfn < size || new_pfn < low_pfn) {
 269                 if (low_pfn == iovad->start_pfn && retry_pfn < limit_pfn) {
 270                         high_pfn = limit_pfn;
 271                         low_pfn = retry_pfn;
 272                         curr = iova_find_limit(iovad, limit_pfn);
 273                         curr_iova = to_iova(curr);
 274                         goto retry;
 275                 }
 276                 iovad->max32_alloc_size = size;
 277                 goto iova32_full;
 278         }
 279
 280         /* pfn_lo will point to size aligned address if size_aligned is set */
 281         new->pfn_lo = new_pfn;
 282         new->pfn_hi = new->pfn_lo + size - 1;
 283
 284         /* If we have 'prev', it's a valid place to start the insertion. */
 285         iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, new, prev);
 286         __cached_rbnode_insert_update(iovad, new);
 287
 288         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 289         return 0;
 290
 291 iova32_full:
 292         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 293         return -ENOMEM;
 294 }
 295
 296 static struct kmem_cache *iova_cache;
 297 static unsigned int iova_cache_users;
 298 static DEFINE_MUTEX(iova_cache_mutex);
 299
 300 static struct iova *alloc_iova_mem(void)
 301 {
 302         return kmem_cache_zalloc(iova_cache, GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
 303 }
 304
 305 static void free_iova_mem(struct iova *iova)
 306 {
 307         if (iova->pfn_lo != IOVA_ANCHOR)
 308                 kmem_cache_free(iova_cache, iova);
 309 }
 310
 311 int iova_cache_get(void)
 312 {
 313         mutex_lock(&iova_cache_mutex);
 314         if (!iova_cache_users) {
 315                 int ret;
 316
 317                 ret = cpuhp_setup_state_multi(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD, "iommu/iova:dead", NULL,
 318                                         iova_cpuhp_dead);
 319                 if (ret) {
 320                         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 321                         pr_err("Couldn't register cpuhp handler\n");
 322                         return ret;
 323                 }
 324
 325                 iova_cache = kmem_cache_create(
 326                         "iommu_iova", sizeof(struct iova), 0,
 327                         SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL);
 328                 if (!iova_cache) {
 329                         cpuhp_remove_multi_state(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD);
 330                         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 331                         pr_err("Couldn't create iova cache\n");
 332                         return -ENOMEM;
 333                 }
 334         }
 335
 336         iova_cache_users++;
 337         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 338
 339         return 0;
 340 }
 341 EXPORT_SYMBOL_GPL(iova_cache_get);
 342
 343 void iova_cache_put(void)
 344 {
 345         mutex_lock(&iova_cache_mutex);
 346         if (WARN_ON(!iova_cache_users)) {
 347                 mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 348                 return;
 349         }
 350         iova_cache_users--;
 351         if (!iova_cache_users) {
 352                 cpuhp_remove_multi_state(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD);
 353                 kmem_cache_destroy(iova_cache);
 354         }
 355         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 356 }
 357 EXPORT_SYMBOL_GPL(iova_cache_put);
 358
 359 /**
 360  * alloc_iova - allocates an iova
 361  * @iovad: - iova domain in question
 362  * @size: - size of page frames to allocate
 363  * @limit_pfn: - max limit address
 364  * @size_aligned: - set if size_aligned address range is required
 365  * This function allocates an iova in the range iovad->start_pfn to limit_pfn,
 366  * searching top-down from limit_pfn to iovad->start_pfn. If the size_aligned
 367  * flag is set then the allocated address iova->pfn_lo will be naturally
 368  * aligned on roundup_power_of_two(size).
 369  */
 370 struct iova *
 371 alloc_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long size,
 372         unsigned long limit_pfn,
 373         bool size_aligned)
 374 {
 375         struct iova *new_iova;
 376         int ret;
 377
 378         new_iova = alloc_iova_mem();
 379         if (!new_iova)
 380                 return NULL;
 381
 382         ret = __alloc_and_insert_iova_range(iovad, size, limit_pfn + 1,
 383                         new_iova, size_aligned);
 384
 385         if (ret) {
 386                 free_iova_mem(new_iova);
 387                 return NULL;
 388         }
 389
 390         return new_iova;
 391 }
 392 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_iova);
 393
 394 static struct iova *
 395 private_find_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 396 {
 397         struct rb_node *node = iovad->rbroot.rb_node;
 398
 399         assert_spin_locked(&iovad->iova_rbtree_lock);
 400
 401         while (node) {
 402                 struct iova *iova = to_iova(node);
 403
 404                 if (pfn < iova->pfn_lo)
 405                         node = node->rb_left;
 406                 else if (pfn > iova->pfn_hi)
 407                         node = node->rb_right;
 408                 else
 409                         return iova;    /* pfn falls within iova's range */
 410         }
 411
 412         return NULL;
 413 }
 414
 415 static void private_free_iova(struct iova_domain *iovad, struct iova *iova)
 416 {
 417         assert_spin_locked(&iovad->iova_rbtree_lock);
 418         __cached_rbnode_delete_update(iovad, iova);
 419         rb_erase(&iova->node, &iovad->rbroot);
 420         free_iova_mem(iova);
 421 }
 422
 423 /**
 424  * find_iova - finds an iova for a given pfn
 425  * @iovad: - iova domain in question.
 426  * @pfn: - page frame number
 427  * This function finds and returns an iova belonging to the
 428  * given domain which matches the given pfn.
 429  */
 430 struct iova *find_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 431 {
 432         unsigned long flags;
 433         struct iova *iova;
 434
 435         /* Take the lock so that no other thread is manipulating the rbtree */
 436         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 437         iova = private_find_iova(iovad, pfn);
 438         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 439         return iova;
 440 }
 441 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_iova);
 442
 443 /**
 444  * __free_iova - frees the given iova
 445  * @iovad: iova domain in question.
 446  * @iova: iova in question.
 447  * Frees the given iova belonging to the giving domain
 448  */
 449 void
 450 __free_iova(struct iova_domain *iovad, struct iova *iova)
 451 {
 452         unsigned long flags;
 453
 454         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 455         private_free_iova(iovad, iova);
 456         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 457 }
 458 EXPORT_SYMBOL_GPL(__free_iova);
 459
 460 /**
 461  * free_iova - finds and frees the iova for a given pfn
 462  * @iovad: - iova domain in question.
 463  * @pfn: - pfn that is allocated previously
 464  * This functions finds an iova for a given pfn and then
 465  * frees the iova from that domain.
 466  */
 467 void
 468 free_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 469 {
 470         unsigned long flags;
 471         struct iova *iova;
 472
 473         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 474         iova = private_find_iova(iovad, pfn);
 475         if (iova)
 476                 private_free_iova(iovad, iova);
 477         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 478
 479 }
 480 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_iova);
 481
 482 /**
 483  * alloc_iova_fast - allocates an iova from rcache
 484  * @iovad: - iova domain in question
 485  * @size: - size of page frames to allocate
 486  * @limit_pfn: - max limit address
 487  * @flush_rcache: - set to flush rcache on regular allocation failure
 488  * This function tries to satisfy an iova allocation from the rcache,
 489  * and falls back to regular allocation on failure. If regular allocation
 490  * fails too and the flush_rcache flag is set then the rcache will be flushed.
 491 */
 492 unsigned long
 493 alloc_iova_fast(struct iova_domain *iovad, unsigned long size,
 494                 unsigned long limit_pfn, bool flush_rcache)
 495 {
 496         unsigned long iova_pfn;
 497         struct iova *new_iova;
 498
 499         iova_pfn = iova_rcache_get(iovad, size, limit_pfn + 1);
 500         if (iova_pfn)
 501                 return iova_pfn;
 502
 503 retry:
 504         new_iova = alloc_iova(iovad, size, limit_pfn, true);
 505         if (!new_iova) {
 506                 unsigned int cpu;
 507
 508                 if (!flush_rcache)
 509                         return 0;
 510
 511                 /* Try replenishing IOVAs by flushing rcache. */
 512                 flush_rcache = false;
 513                 for_each_online_cpu(cpu)
 514                         free_cpu_cached_iovas(cpu, iovad);
 515                 free_global_cached_iovas(iovad);
 516                 goto retry;
 517         }
 518
 519         return new_iova->pfn_lo;
 520 }
 521
 522 /**
 523  * free_iova_fast - free iova pfn range into rcache
 524  * @iovad: - iova domain in question.
 525  * @pfn: - pfn that is allocated previously
 526  * @size: - # of pages in range
 527  * This functions frees an iova range by trying to put it into the rcache,
 528  * falling back to regular iova deallocation via free_iova() if this fails.
 529  */
 530 void
 531 free_iova_fast(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn, unsigned long size)
 532 {
 533         if (iova_rcache_insert(iovad, pfn, size))
 534                 return;
 535
 536         free_iova(iovad, pfn);
 537 }
 538
 539 #define fq_ring_for_each(i, fq) \
 540         for ((i) = (fq)->head; (i) != (fq)->tail; (i) = ((i) + 1) % IOVA_FQ_SIZE)
 541
 542 static inline bool fq_full(struct iova_fq *fq)
 543 {
 544         assert_spin_locked(&fq->lock);
 545         return (((fq->tail + 1) % IOVA_FQ_SIZE) == fq->head);
 546 }
 547
 548 static inline unsigned fq_ring_add(struct iova_fq *fq)
 549 {
 550         unsigned idx = fq->tail;
 551
 552         assert_spin_locked(&fq->lock);
 553
 554         fq->tail = (idx + 1) % IOVA_FQ_SIZE;
 555
 556         return idx;
 557 }
 558
 559 static void fq_ring_free(struct iova_domain *iovad, struct iova_fq *fq)
 560 {
 561         u64 counter = atomic64_read(&iovad->fq_flush_finish_cnt);
 562         unsigned idx;
 563
 564         assert_spin_locked(&fq->lock);
 565
 566         fq_ring_for_each(idx, fq) {
 567
 568                 if (fq->entries[idx].counter >= counter)
 569                         break;
 570
 571                 if (iovad->entry_dtor)
 572                         iovad->entry_dtor(fq->entries[idx].data);
 573
 574                 free_iova_fast(iovad,
 575                                fq->entries[idx].iova_pfn,
 576                                fq->entries[idx].pages);
 577
 578                 fq->head = (fq->head + 1) % IOVA_FQ_SIZE;
 579         }
 580 }
 581
 582 static void iova_domain_flush(struct iova_domain *iovad)
 583 {
 584         atomic64_inc(&iovad->fq_flush_start_cnt);
 585         iovad->flush_cb(iovad);
 586         atomic64_inc(&iovad->fq_flush_finish_cnt);
 587 }
 588
 589 static void fq_destroy_all_entries(struct iova_domain *iovad)
 590 {
 591         int cpu;
 592
 593         /*
 594          * This code runs when the iova_domain is being detroyed, so don't
 595          * bother to free iovas, just call the entry_dtor on all remaining
 596          * entries.
 597          */
 598         if (!iovad->entry_dtor)
 599                 return;
 600
 601         for_each_possible_cpu(cpu) {
 602                 struct iova_fq *fq = per_cpu_ptr(iovad->fq, cpu);
 603                 int idx;
 604
 605                 fq_ring_for_each(idx, fq)
 606                         iovad->entry_dtor(fq->entries[idx].data);
 607         }
 608 }
 609
 610 static void fq_flush_timeout(struct timer_list *t)
 611 {
 612         struct iova_domain *iovad = from_timer(iovad, t, fq_timer);
 613         int cpu;
 614
 615         atomic_set(&iovad->fq_timer_on, 0);
 616         iova_domain_flush(iovad);
 617
 618         for_each_possible_cpu(cpu) {
 619                 unsigned long flags;
 620                 struct iova_fq *fq;
 621
 622                 fq = per_cpu_ptr(iovad->fq, cpu);
 623                 spin_lock_irqsave(&fq->lock, flags);
 624                 fq_ring_free(iovad, fq);
 625                 spin_unlock_irqrestore(&fq->lock, flags);
 626         }
 627 }
 628
 629 void queue_iova(struct iova_domain *iovad,
 630                 unsigned long pfn, unsigned long pages,
 631                 unsigned long data)
 632 {
 633         struct iova_fq *fq = raw_cpu_ptr(iovad->fq);
 634         unsigned long flags;
 635         unsigned idx;
 636
 637         spin_lock_irqsave(&fq->lock, flags);
 638
 639         /*
 640          * First remove all entries from the flush queue that have already been
 641          * flushed out on another CPU. This makes the fq_full() check below less
 642          * likely to be true.
 643          */
 644         fq_ring_free(iovad, fq);
 645
 646         if (fq_full(fq)) {
 647                 iova_domain_flush(iovad);
 648                 fq_ring_free(iovad, fq);
 649         }
 650
 651         idx = fq_ring_add(fq);
 652
 653         fq->entries[idx].iova_pfn = pfn;
 654         fq->entries[idx].pages    = pages;
 655         fq->entries[idx].data     = data;
 656         fq->entries[idx].counter  = atomic64_read(&iovad->fq_flush_start_cnt);
 657
 658         spin_unlock_irqrestore(&fq->lock, flags);
 659
 660         /* Avoid false sharing as much as possible. */
 661         if (!atomic_read(&iovad->fq_timer_on) &&
 662             !atomic_xchg(&iovad->fq_timer_on, 1))
 663                 mod_timer(&iovad->fq_timer,
 664                           jiffies + msecs_to_jiffies(IOVA_FQ_TIMEOUT));
 665 }
 666
 667 /**
 668  * put_iova_domain - destroys the iova domain
 669  * @iovad: - iova domain in question.
 670  * All the iova's in that domain are destroyed.
 671  */
 672 void put_iova_domain(struct iova_domain *iovad)
 673 {
 674         struct iova *iova, *tmp;
 675
 676         cpuhp_state_remove_instance_nocalls(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD,
 677                                             &iovad->cpuhp_dead);
 678
 679         free_iova_flush_queue(iovad);
 680         free_iova_rcaches(iovad);
 681         rbtree_postorder_for_each_entry_safe(iova, tmp, &iovad->rbroot, node)
 682                 free_iova_mem(iova);
 683 }
 684 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_iova_domain);
 685
 686 static int
 687 __is_range_overlap(struct rb_node *node,
 688         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 689 {
 690         struct iova *iova = to_iova(node);
 691
 692         if ((pfn_lo <= iova->pfn_hi) && (pfn_hi >= iova->pfn_lo))
 693                 return 1;
 694         return 0;
 695 }
 696
 697 static inline struct iova *
 698 alloc_and_init_iova(unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 699 {
 700         struct iova *iova;
 701
 702         iova = alloc_iova_mem();
 703         if (iova) {
 704                 iova->pfn_lo = pfn_lo;
 705                 iova->pfn_hi = pfn_hi;
 706         }
 707
 708         return iova;
 709 }
 710
 711 static struct iova *
 712 __insert_new_range(struct iova_domain *iovad,
 713         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 714 {
 715         struct iova *iova;
 716
 717         iova = alloc_and_init_iova(pfn_lo, pfn_hi);
 718         if (iova)
 719                 iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, iova, NULL);
 720
 721         return iova;
 722 }
 723
 724 static void
 725 __adjust_overlap_range(struct iova *iova,
 726         unsigned long *pfn_lo, unsigned long *pfn_hi)
 727 {
 728         if (*pfn_lo < iova->pfn_lo)
 729                 iova->pfn_lo = *pfn_lo;
 730         if (*pfn_hi > iova->pfn_hi)
 731                 *pfn_lo = iova->pfn_hi + 1;
 732 }
 733
 734 /**
 735  * reserve_iova - reserves an iova in the given range
 736  * @iovad: - iova domain pointer
 737  * @pfn_lo: - lower page frame address
 738  * @pfn_hi:- higher pfn adderss
 739  * This function allocates reserves the address range from pfn_lo to pfn_hi so
 740  * that this address is not dished out as part of alloc_iova.
 741  */
 742 struct iova *
 743 reserve_iova(struct iova_domain *iovad,
 744         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 745 {
 746         struct rb_node *node;
 747         unsigned long flags;
 748         struct iova *iova;
 749         unsigned int overlap = 0;
 750
 751         /* Don't allow nonsensical pfns */
 752         if (WARN_ON((pfn_hi | pfn_lo) > (ULLONG_MAX >> iova_shift(iovad))))
 753                 return NULL;
 754
 755         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 756         for (node = rb_first(&iovad->rbroot); node; node = rb_next(node)) {
 757                 if (__is_range_overlap(node, pfn_lo, pfn_hi)) {
 758                         iova = to_iova(node);
 759                         __adjust_overlap_range(iova, &pfn_lo, &pfn_hi);
 760                         if ((pfn_lo >= iova->pfn_lo) &&
 761                                 (pfn_hi <= iova->pfn_hi))
 762                                 goto finish;
 763                         overlap = 1;
 764
 765                 } else if (overlap)
 766                                 break;
 767         }
 768
 769         /* We are here either because this is the first reserver node
 770          * or need to insert remaining non overlap addr range
 771          */
 772         iova = __insert_new_range(iovad, pfn_lo, pfn_hi);
 773 finish:
 774
 775         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 776         return iova;
 777 }
 778 EXPORT_SYMBOL_GPL(reserve_iova);
 779
 780 /*
 781  * Magazine caches for IOVA ranges.  For an introduction to magazines,
 782  * see the USENIX 2001 paper "Magazines and Vmem: Extending the Slab
 783  * Allocator to Many CPUs and Arbitrary Resources" by Bonwick and Adams.
 784  * For simplicity, we use a static magazine size and don't implement the
 785  * dynamic size tuning described in the paper.
 786  */
 787
 788 #define IOVA_MAG_SIZE 128
 789
 790 struct iova_magazine {
 791         unsigned long size;
 792         unsigned long pfns[IOVA_MAG_SIZE];
 793 };
 794
 795 struct iova_cpu_rcache {
 796         spinlock_t lock;
 797         struct iova_magazine *loaded;
 798         struct iova_magazine *prev;
 799 };
 800
 801 static struct iova_magazine *iova_magazine_alloc(gfp_t flags)
 802 {
 803         return kzalloc(sizeof(struct iova_magazine), flags);
 804 }
 805
 806 static void iova_magazine_free(struct iova_magazine *mag)
 807 {
 808         kfree(mag);
 809 }
 810
 811 static void
 812 iova_magazine_free_pfns(struct iova_magazine *mag, struct iova_domain *iovad)
 813 {
 814         unsigned long flags;
 815         int i;
 816
 817         if (!mag)
 818                 return;
 819
 820         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 821
 822         for (i = 0 ; i < mag->size; ++i) {
 823                 struct iova *iova = private_find_iova(iovad, mag->pfns[i]);
 824
 825                 if (WARN_ON(!iova))
 826                         continue;
 827
 828                 private_free_iova(iovad, iova);
 829         }
 830
 831         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 832
 833         mag->size = 0;
 834 }
 835
 836 static bool iova_magazine_full(struct iova_magazine *mag)
 837 {
 838         return (mag && mag->size == IOVA_MAG_SIZE);
 839 }
 840
 841 static bool iova_magazine_empty(struct iova_magazine *mag)
 842 {
 843         return (!mag || mag->size == 0);
 844 }
 845
 846 static unsigned long iova_magazine_pop(struct iova_magazine *mag,
 847                                        unsigned long limit_pfn)
 848 {
 849         int i;
 850         unsigned long pfn;
 851
 852         BUG_ON(iova_magazine_empty(mag));
 853
 854         /* Only fall back to the rbtree if we have no suitable pfns at all */
 855         for (i = mag->size - 1; mag->pfns[i] > limit_pfn; i--)
 856                 if (i == 0)
 857                         return 0;
 858
 859         /* Swap it to pop it */
 860         pfn = mag->pfns[i];
 861         mag->pfns[i] = mag->pfns[--mag->size];
 862
 863         return pfn;
 864 }
 865
 866 static void iova_magazine_push(struct iova_magazine *mag, unsigned long pfn)
 867 {
 868         BUG_ON(iova_magazine_full(mag));
 869
 870         mag->pfns[mag->size++] = pfn;
 871 }
 872
 873 static void init_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad)
 874 {
 875         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 876         struct iova_rcache *rcache;
 877         unsigned int cpu;
 878         int i;
 879
 880         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 881                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 882                 spin_lock_init(&rcache->lock);
 883                 rcache->depot_size = 0;
 884                 rcache->cpu_rcaches = __alloc_percpu(sizeof(*cpu_rcache), cache_line_size());
 885                 if (WARN_ON(!rcache->cpu_rcaches))
 886                         continue;
 887                 for_each_possible_cpu(cpu) {
 888                         cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
 889                         spin_lock_init(&cpu_rcache->lock);
 890                         cpu_rcache->loaded = iova_magazine_alloc(GFP_KERNEL);
 891                         cpu_rcache->prev = iova_magazine_alloc(GFP_KERNEL);
 892                 }
 893         }
 894 }
 895
 896 /*
 897  * Try inserting IOVA range starting with 'iova_pfn' into 'rcache', and
 898  * return true on success.  Can fail if rcache is full and we can't free
 899  * space, and free_iova() (our only caller) will then return the IOVA
 900  * range to the rbtree instead.
 901  */
 902 static bool __iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad,
 903                                  struct iova_rcache *rcache,
 904                                  unsigned long iova_pfn)
 905 {
 906         struct iova_magazine *mag_to_free = NULL;
 907         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 908         bool can_insert = false;
 909         unsigned long flags;
 910
 911         cpu_rcache = raw_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches);
 912         spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 913
 914         if (!iova_magazine_full(cpu_rcache->loaded)) {
 915                 can_insert = true;
 916         } else if (!iova_magazine_full(cpu_rcache->prev)) {
 917                 swap(cpu_rcache->prev, cpu_rcache->loaded);
 918                 can_insert = true;
 919         } else {
 920                 struct iova_magazine *new_mag = iova_magazine_alloc(GFP_ATOMIC);
 921
 922                 if (new_mag) {
 923                         spin_lock(&rcache->lock);
 924                         if (rcache->depot_size < MAX_GLOBAL_MAGS) {
 925                                 rcache->depot[rcache->depot_size++] =
 926                                                 cpu_rcache->loaded;
 927                         } else {
 928                                 mag_to_free = cpu_rcache->loaded;
 929                         }
 930                         spin_unlock(&rcache->lock);
 931
 932                         cpu_rcache->loaded = new_mag;
 933                         can_insert = true;
 934                 }
 935         }
 936
 937         if (can_insert)
 938                 iova_magazine_push(cpu_rcache->loaded, iova_pfn);
 939
 940         spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 941
 942         if (mag_to_free) {
 943                 iova_magazine_free_pfns(mag_to_free, iovad);
 944                 iova_magazine_free(mag_to_free);
 945         }
 946
 947         return can_insert;
 948 }
 949
 950 static bool iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn,
 951                                unsigned long size)
 952 {
 953         unsigned int log_size = order_base_2(size);
 954
 955         if (log_size >= IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE)
 956                 return false;
 957
 958         return __iova_rcache_insert(iovad, &iovad->rcaches[log_size], pfn);
 959 }
 960
 961 /*
 962  * Caller wants to allocate a new IOVA range from 'rcache'.  If we can
 963  * satisfy the request, return a matching non-NULL range and remove
 964  * it from the 'rcache'.
 965  */
 966 static unsigned long __iova_rcache_get(struct iova_rcache *rcache,
 967                                        unsigned long limit_pfn)
 968 {
 969         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 970         unsigned long iova_pfn = 0;
 971         bool has_pfn = false;
 972         unsigned long flags;
 973
 974         cpu_rcache = raw_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches);
 975         spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 976
 977         if (!iova_magazine_empty(cpu_rcache->loaded)) {
 978                 has_pfn = true;
 979         } else if (!iova_magazine_empty(cpu_rcache->prev)) {
 980                 swap(cpu_rcache->prev, cpu_rcache->loaded);
 981                 has_pfn = true;
 982         } else {
 983                 spin_lock(&rcache->lock);
 984                 if (rcache->depot_size > 0) {
 985                         iova_magazine_free(cpu_rcache->loaded);
 986                         cpu_rcache->loaded = rcache->depot[--rcache->depot_size];
 987                         has_pfn = true;
 988                 }
 989                 spin_unlock(&rcache->lock);
 990         }
 991
 992         if (has_pfn)
 993                 iova_pfn = iova_magazine_pop(cpu_rcache->loaded, limit_pfn);
 994
 995         spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 996
 997         return iova_pfn;
 998 }
 999
1000 /*
1001  * Try to satisfy IOVA allocation range from rcache.  Fail if requested
1002  * size is too big or the DMA limit we are given isn't satisfied by the
1003  * top element in the magazine.
1004  */
1005 static unsigned long iova_rcache_get(struct iova_domain *iovad,
1006                                      unsigned long size,
1007                                      unsigned long limit_pfn)
1008 {
1009         unsigned int log_size = order_base_2(size);
1010
1011         if (log_size >= IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE)
1012                 return 0;
1013
1014         return __iova_rcache_get(&iovad->rcaches[log_size], limit_pfn - size);
1015 }
1016
1017 /*
1018  * free rcache data structures.
1019  */
1020 static void free_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad)
1021 {
1022         struct iova_rcache *rcache;
1023         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
1024         unsigned int cpu;
1025         int i, j;
1026
1027         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
1028                 rcache = &iovad->rcaches[i];
1029                 for_each_possible_cpu(cpu) {
1030                         cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
1031                         iova_magazine_free(cpu_rcache->loaded);
1032                         iova_magazine_free(cpu_rcache->prev);
1033                 }
1034                 free_percpu(rcache->cpu_rcaches);
1035                 for (j = 0; j < rcache->depot_size; ++j)
1036                         iova_magazine_free(rcache->depot[j]);
1037         }
1038 }
1039
1040 /*
1041  * free all the IOVA ranges cached by a cpu (used when cpu is unplugged)
1042  */
1043 static void free_cpu_cached_iovas(unsigned int cpu, struct iova_domain *iovad)
1044 {
1045         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
1046         struct iova_rcache *rcache;
1047         unsigned long flags;
1048         int i;
1049
1050         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
1051                 rcache = &iovad->rcaches[i];
1052                 cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
1053                 spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
1054                 iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->loaded, iovad);
1055                 iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->prev, iovad);
1056                 spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
1057         }
1058 }
1059
1060 /*
1061  * free all the IOVA ranges of global cache
1062  */
1063 static void free_global_cached_iovas(struct iova_domain *iovad)
1064 {
1065         struct iova_rcache *rcache;
1066         unsigned long flags;
1067         int i, j;
1068
1069         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
1070                 rcache = &iovad->rcaches[i];
1071                 spin_lock_irqsave(&rcache->lock, flags);
1072                 for (j = 0; j < rcache->depot_size; ++j) {
1073                         iova_magazine_free_pfns(rcache->depot[j], iovad);
1074                         iova_magazine_free(rcache->depot[j]);
1075                 }
1076                 rcache->depot_size = 0;
1077                 spin_unlock_irqrestore(&rcache->lock, flags);
1078         }
1079 }
1080 MODULE_AUTHOR("Anil S Keshavamurthy <anil.s.keshavamurthy@intel.com>");
1081 MODULE_LICENSE("GPL");