drivers/iommu/iova.c

   1 /*
   2  * Copyright © 2006-2009, Intel Corporation.
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   5  * under the terms and conditions of the GNU General Public License,
   6  * version 2, as published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope it will be useful, but WITHOUT
   9  * ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
  10  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for
  11  * more details.
  12  *
  13  * You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  14  * this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  15  * Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA.
  16  *
  17  * Author: Anil S Keshavamurthy <anil.s.keshavamurthy@intel.com>
  18  */
  19
  20 #include <linux/iova.h>
  21 #include <linux/module.h>
  22 #include <linux/slab.h>
  23 #include <linux/smp.h>
  24 #include <linux/bitops.h>
  25 #include <linux/cpu.h>
  26
  27 static bool iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad,
  28                                unsigned long pfn,
  29                                unsigned long size);
  30 static unsigned long iova_rcache_get(struct iova_domain *iovad,
  31                                      unsigned long size,
  32                                      unsigned long limit_pfn);
  33 static void init_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad);
  34 static void free_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad);
  35
  36 void
  37 init_iova_domain(struct iova_domain *iovad, unsigned long granule,
  38         unsigned long start_pfn, unsigned long pfn_32bit)
  39 {
  40         /*
  41          * IOVA granularity will normally be equal to the smallest
  42          * supported IOMMU page size; both *must* be capable of
  43          * representing individual CPU pages exactly.
  44          */
  45         BUG_ON((granule > PAGE_SIZE) || !is_power_of_2(granule));
  46
  47         spin_lock_init(&iovad->iova_rbtree_lock);
  48         iovad->rbroot = RB_ROOT;
  49         iovad->cached32_node = NULL;
  50         iovad->granule = granule;
  51         iovad->start_pfn = start_pfn;
  52         iovad->dma_32bit_pfn = pfn_32bit + 1;
  53         iovad->flush_cb = NULL;
  54         iovad->fq = NULL;
  55         init_iova_rcaches(iovad);
  56 }
  57 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_iova_domain);
  58
  59 static void free_iova_flush_queue(struct iova_domain *iovad)
  60 {
  61         if (!iovad->fq)
  62                 return;
  63
  64         free_percpu(iovad->fq);
  65
  66         iovad->fq         = NULL;
  67         iovad->flush_cb   = NULL;
  68         iovad->entry_dtor = NULL;
  69 }
  70
  71 int init_iova_flush_queue(struct iova_domain *iovad,
  72                           iova_flush_cb flush_cb, iova_entry_dtor entry_dtor)
  73 {
  74         int cpu;
  75
  76         iovad->fq = alloc_percpu(struct iova_fq);
  77         if (!iovad->fq)
  78                 return -ENOMEM;
  79
  80         iovad->flush_cb   = flush_cb;
  81         iovad->entry_dtor = entry_dtor;
  82
  83         for_each_possible_cpu(cpu) {
  84                 struct iova_fq *fq;
  85
  86                 fq = per_cpu_ptr(iovad->fq, cpu);
  87                 fq->head = 0;
  88                 fq->tail = 0;
  89         }
  90
  91         return 0;
  92 }
  93 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_iova_flush_queue);
  94
  95 static struct rb_node *
  96 __get_cached_rbnode(struct iova_domain *iovad, unsigned long *limit_pfn)
  97 {
  98         if ((*limit_pfn > iovad->dma_32bit_pfn) ||
  99                 (iovad->cached32_node == NULL))
 100                 return rb_last(&iovad->rbroot);
 101         else {
 102                 struct rb_node *prev_node = rb_prev(iovad->cached32_node);
 103                 struct iova *curr_iova =
 104                         rb_entry(iovad->cached32_node, struct iova, node);
 105                 *limit_pfn = curr_iova->pfn_lo;
 106                 return prev_node;
 107         }
 108 }
 109
 110 static void
 111 __cached_rbnode_insert_update(struct iova_domain *iovad,
 112         unsigned long limit_pfn, struct iova *new)
 113 {
 114         if (limit_pfn != iovad->dma_32bit_pfn)
 115                 return;
 116         iovad->cached32_node = &new->node;
 117 }
 118
 119 static void
 120 __cached_rbnode_delete_update(struct iova_domain *iovad, struct iova *free)
 121 {
 122         struct iova *cached_iova;
 123         struct rb_node *curr;
 124
 125         if (!iovad->cached32_node)
 126                 return;
 127         curr = iovad->cached32_node;
 128         cached_iova = rb_entry(curr, struct iova, node);
 129
 130         if (free->pfn_lo >= cached_iova->pfn_lo) {
 131                 struct rb_node *node = rb_next(&free->node);
 132                 struct iova *iova = rb_entry(node, struct iova, node);
 133
 134                 /* only cache if it's below 32bit pfn */
 135                 if (node && iova->pfn_lo < iovad->dma_32bit_pfn)
 136                         iovad->cached32_node = node;
 137                 else
 138                         iovad->cached32_node = NULL;
 139         }
 140 }
 141
 142 /* Insert the iova into domain rbtree by holding writer lock */
 143 static void
 144 iova_insert_rbtree(struct rb_root *root, struct iova *iova,
 145                    struct rb_node *start)
 146 {
 147         struct rb_node **new, *parent = NULL;
 148
 149         new = (start) ? &start : &(root->rb_node);
 150         /* Figure out where to put new node */
 151         while (*new) {
 152                 struct iova *this = rb_entry(*new, struct iova, node);
 153
 154                 parent = *new;
 155
 156                 if (iova->pfn_lo < this->pfn_lo)
 157                         new = &((*new)->rb_left);
 158                 else if (iova->pfn_lo > this->pfn_lo)
 159                         new = &((*new)->rb_right);
 160                 else {
 161                         WARN_ON(1); /* this should not happen */
 162                         return;
 163                 }
 164         }
 165         /* Add new node and rebalance tree. */
 166         rb_link_node(&iova->node, parent, new);
 167         rb_insert_color(&iova->node, root);
 168 }
 169
 170 /*
 171  * Computes the padding size required, to make the start address
 172  * naturally aligned on the power-of-two order of its size
 173  */
 174 static unsigned int
 175 iova_get_pad_size(unsigned int size, unsigned int limit_pfn)
 176 {
 177         return (limit_pfn - size) & (__roundup_pow_of_two(size) - 1);
 178 }
 179
 180 static int __alloc_and_insert_iova_range(struct iova_domain *iovad,
 181                 unsigned long size, unsigned long limit_pfn,
 182                         struct iova *new, bool size_aligned)
 183 {
 184         struct rb_node *prev, *curr = NULL;
 185         unsigned long flags;
 186         unsigned long saved_pfn;
 187         unsigned int pad_size = 0;
 188
 189         /* Walk the tree backwards */
 190         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 191         saved_pfn = limit_pfn;
 192         curr = __get_cached_rbnode(iovad, &limit_pfn);
 193         prev = curr;
 194         while (curr) {
 195                 struct iova *curr_iova = rb_entry(curr, struct iova, node);
 196
 197                 if (limit_pfn <= curr_iova->pfn_lo) {
 198                         goto move_left;
 199                 } else if (limit_pfn > curr_iova->pfn_hi) {
 200                         if (size_aligned)
 201                                 pad_size = iova_get_pad_size(size, limit_pfn);
 202                         if ((curr_iova->pfn_hi + size + pad_size) < limit_pfn)
 203                                 break;  /* found a free slot */
 204                 }
 205                 limit_pfn = curr_iova->pfn_lo;
 206 move_left:
 207                 prev = curr;
 208                 curr = rb_prev(curr);
 209         }
 210
 211         if (!curr) {
 212                 if (size_aligned)
 213                         pad_size = iova_get_pad_size(size, limit_pfn);
 214                 if ((iovad->start_pfn + size + pad_size) > limit_pfn) {
 215                         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 216                         return -ENOMEM;
 217                 }
 218         }
 219
 220         /* pfn_lo will point to size aligned address if size_aligned is set */
 221         new->pfn_lo = limit_pfn - (size + pad_size);
 222         new->pfn_hi = new->pfn_lo + size - 1;
 223
 224         /* If we have 'prev', it's a valid place to start the insertion. */
 225         iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, new, prev);
 226         __cached_rbnode_insert_update(iovad, saved_pfn, new);
 227
 228         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 229
 230
 231         return 0;
 232 }
 233
 234 static struct kmem_cache *iova_cache;
 235 static unsigned int iova_cache_users;
 236 static DEFINE_MUTEX(iova_cache_mutex);
 237
 238 struct iova *alloc_iova_mem(void)
 239 {
 240         return kmem_cache_alloc(iova_cache, GFP_ATOMIC);
 241 }
 242 EXPORT_SYMBOL(alloc_iova_mem);
 243
 244 void free_iova_mem(struct iova *iova)
 245 {
 246         kmem_cache_free(iova_cache, iova);
 247 }
 248 EXPORT_SYMBOL(free_iova_mem);
 249
 250 int iova_cache_get(void)
 251 {
 252         mutex_lock(&iova_cache_mutex);
 253         if (!iova_cache_users) {
 254                 iova_cache = kmem_cache_create(
 255                         "iommu_iova", sizeof(struct iova), 0,
 256                         SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL);
 257                 if (!iova_cache) {
 258                         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 259                         printk(KERN_ERR "Couldn't create iova cache\n");
 260                         return -ENOMEM;
 261                 }
 262         }
 263
 264         iova_cache_users++;
 265         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 266
 267         return 0;
 268 }
 269 EXPORT_SYMBOL_GPL(iova_cache_get);
 270
 271 void iova_cache_put(void)
 272 {
 273         mutex_lock(&iova_cache_mutex);
 274         if (WARN_ON(!iova_cache_users)) {
 275                 mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 276                 return;
 277         }
 278         iova_cache_users--;
 279         if (!iova_cache_users)
 280                 kmem_cache_destroy(iova_cache);
 281         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 282 }
 283 EXPORT_SYMBOL_GPL(iova_cache_put);
 284
 285 /**
 286  * alloc_iova - allocates an iova
 287  * @iovad: - iova domain in question
 288  * @size: - size of page frames to allocate
 289  * @limit_pfn: - max limit address
 290  * @size_aligned: - set if size_aligned address range is required
 291  * This function allocates an iova in the range iovad->start_pfn to limit_pfn,
 292  * searching top-down from limit_pfn to iovad->start_pfn. If the size_aligned
 293  * flag is set then the allocated address iova->pfn_lo will be naturally
 294  * aligned on roundup_power_of_two(size).
 295  */
 296 struct iova *
 297 alloc_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long size,
 298         unsigned long limit_pfn,
 299         bool size_aligned)
 300 {
 301         struct iova *new_iova;
 302         int ret;
 303
 304         new_iova = alloc_iova_mem();
 305         if (!new_iova)
 306                 return NULL;
 307
 308         ret = __alloc_and_insert_iova_range(iovad, size, limit_pfn + 1,
 309                         new_iova, size_aligned);
 310
 311         if (ret) {
 312                 free_iova_mem(new_iova);
 313                 return NULL;
 314         }
 315
 316         return new_iova;
 317 }
 318 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_iova);
 319
 320 static struct iova *
 321 private_find_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 322 {
 323         struct rb_node *node = iovad->rbroot.rb_node;
 324
 325         assert_spin_locked(&iovad->iova_rbtree_lock);
 326
 327         while (node) {
 328                 struct iova *iova = rb_entry(node, struct iova, node);
 329
 330                 /* If pfn falls within iova's range, return iova */
 331                 if ((pfn >= iova->pfn_lo) && (pfn <= iova->pfn_hi)) {
 332                         return iova;
 333                 }
 334
 335                 if (pfn < iova->pfn_lo)
 336                         node = node->rb_left;
 337                 else if (pfn > iova->pfn_lo)
 338                         node = node->rb_right;
 339         }
 340
 341         return NULL;
 342 }
 343
 344 static void private_free_iova(struct iova_domain *iovad, struct iova *iova)
 345 {
 346         assert_spin_locked(&iovad->iova_rbtree_lock);
 347         __cached_rbnode_delete_update(iovad, iova);
 348         rb_erase(&iova->node, &iovad->rbroot);
 349         free_iova_mem(iova);
 350 }
 351
 352 /**
 353  * find_iova - finds an iova for a given pfn
 354  * @iovad: - iova domain in question.
 355  * @pfn: - page frame number
 356  * This function finds and returns an iova belonging to the
 357  * given doamin which matches the given pfn.
 358  */
 359 struct iova *find_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 360 {
 361         unsigned long flags;
 362         struct iova *iova;
 363
 364         /* Take the lock so that no other thread is manipulating the rbtree */
 365         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 366         iova = private_find_iova(iovad, pfn);
 367         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 368         return iova;
 369 }
 370 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_iova);
 371
 372 /**
 373  * __free_iova - frees the given iova
 374  * @iovad: iova domain in question.
 375  * @iova: iova in question.
 376  * Frees the given iova belonging to the giving domain
 377  */
 378 void
 379 __free_iova(struct iova_domain *iovad, struct iova *iova)
 380 {
 381         unsigned long flags;
 382
 383         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 384         private_free_iova(iovad, iova);
 385         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 386 }
 387 EXPORT_SYMBOL_GPL(__free_iova);
 388
 389 /**
 390  * free_iova - finds and frees the iova for a given pfn
 391  * @iovad: - iova domain in question.
 392  * @pfn: - pfn that is allocated previously
 393  * This functions finds an iova for a given pfn and then
 394  * frees the iova from that domain.
 395  */
 396 void
 397 free_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 398 {
 399         struct iova *iova = find_iova(iovad, pfn);
 400
 401         if (iova)
 402                 __free_iova(iovad, iova);
 403
 404 }
 405 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_iova);
 406
 407 /**
 408  * alloc_iova_fast - allocates an iova from rcache
 409  * @iovad: - iova domain in question
 410  * @size: - size of page frames to allocate
 411  * @limit_pfn: - max limit address
 412  * This function tries to satisfy an iova allocation from the rcache,
 413  * and falls back to regular allocation on failure.
 414 */
 415 unsigned long
 416 alloc_iova_fast(struct iova_domain *iovad, unsigned long size,
 417                 unsigned long limit_pfn)
 418 {
 419         bool flushed_rcache = false;
 420         unsigned long iova_pfn;
 421         struct iova *new_iova;
 422
 423         iova_pfn = iova_rcache_get(iovad, size, limit_pfn);
 424         if (iova_pfn)
 425                 return iova_pfn;
 426
 427 retry:
 428         new_iova = alloc_iova(iovad, size, limit_pfn, true);
 429         if (!new_iova) {
 430                 unsigned int cpu;
 431
 432                 if (flushed_rcache)
 433                         return 0;
 434
 435                 /* Try replenishing IOVAs by flushing rcache. */
 436                 flushed_rcache = true;
 437                 for_each_online_cpu(cpu)
 438                         free_cpu_cached_iovas(cpu, iovad);
 439                 goto retry;
 440         }
 441
 442         return new_iova->pfn_lo;
 443 }
 444 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_iova_fast);
 445
 446 /**
 447  * free_iova_fast - free iova pfn range into rcache
 448  * @iovad: - iova domain in question.
 449  * @pfn: - pfn that is allocated previously
 450  * @size: - # of pages in range
 451  * This functions frees an iova range by trying to put it into the rcache,
 452  * falling back to regular iova deallocation via free_iova() if this fails.
 453  */
 454 void
 455 free_iova_fast(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn, unsigned long size)
 456 {
 457         if (iova_rcache_insert(iovad, pfn, size))
 458                 return;
 459
 460         free_iova(iovad, pfn);
 461 }
 462 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_iova_fast);
 463
 464 /**
 465  * put_iova_domain - destroys the iova doamin
 466  * @iovad: - iova domain in question.
 467  * All the iova's in that domain are destroyed.
 468  */
 469 void put_iova_domain(struct iova_domain *iovad)
 470 {
 471         struct rb_node *node;
 472         unsigned long flags;
 473
 474         free_iova_flush_queue(iovad);
 475         free_iova_rcaches(iovad);
 476         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 477         node = rb_first(&iovad->rbroot);
 478         while (node) {
 479                 struct iova *iova = rb_entry(node, struct iova, node);
 480
 481                 rb_erase(node, &iovad->rbroot);
 482                 free_iova_mem(iova);
 483                 node = rb_first(&iovad->rbroot);
 484         }
 485         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 486 }
 487 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_iova_domain);
 488
 489 static int
 490 __is_range_overlap(struct rb_node *node,
 491         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 492 {
 493         struct iova *iova = rb_entry(node, struct iova, node);
 494
 495         if ((pfn_lo <= iova->pfn_hi) && (pfn_hi >= iova->pfn_lo))
 496                 return 1;
 497         return 0;
 498 }
 499
 500 static inline struct iova *
 501 alloc_and_init_iova(unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 502 {
 503         struct iova *iova;
 504
 505         iova = alloc_iova_mem();
 506         if (iova) {
 507                 iova->pfn_lo = pfn_lo;
 508                 iova->pfn_hi = pfn_hi;
 509         }
 510
 511         return iova;
 512 }
 513
 514 static struct iova *
 515 __insert_new_range(struct iova_domain *iovad,
 516         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 517 {
 518         struct iova *iova;
 519
 520         iova = alloc_and_init_iova(pfn_lo, pfn_hi);
 521         if (iova)
 522                 iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, iova, NULL);
 523
 524         return iova;
 525 }
 526
 527 static void
 528 __adjust_overlap_range(struct iova *iova,
 529         unsigned long *pfn_lo, unsigned long *pfn_hi)
 530 {
 531         if (*pfn_lo < iova->pfn_lo)
 532                 iova->pfn_lo = *pfn_lo;
 533         if (*pfn_hi > iova->pfn_hi)
 534                 *pfn_lo = iova->pfn_hi + 1;
 535 }
 536
 537 /**
 538  * reserve_iova - reserves an iova in the given range
 539  * @iovad: - iova domain pointer
 540  * @pfn_lo: - lower page frame address
 541  * @pfn_hi:- higher pfn adderss
 542  * This function allocates reserves the address range from pfn_lo to pfn_hi so
 543  * that this address is not dished out as part of alloc_iova.
 544  */
 545 struct iova *
 546 reserve_iova(struct iova_domain *iovad,
 547         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 548 {
 549         struct rb_node *node;
 550         unsigned long flags;
 551         struct iova *iova;
 552         unsigned int overlap = 0;
 553
 554         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 555         for (node = rb_first(&iovad->rbroot); node; node = rb_next(node)) {
 556                 if (__is_range_overlap(node, pfn_lo, pfn_hi)) {
 557                         iova = rb_entry(node, struct iova, node);
 558                         __adjust_overlap_range(iova, &pfn_lo, &pfn_hi);
 559                         if ((pfn_lo >= iova->pfn_lo) &&
 560                                 (pfn_hi <= iova->pfn_hi))
 561                                 goto finish;
 562                         overlap = 1;
 563
 564                 } else if (overlap)
 565                                 break;
 566         }
 567
 568         /* We are here either because this is the first reserver node
 569          * or need to insert remaining non overlap addr range
 570          */
 571         iova = __insert_new_range(iovad, pfn_lo, pfn_hi);
 572 finish:
 573
 574         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 575         return iova;
 576 }
 577 EXPORT_SYMBOL_GPL(reserve_iova);
 578
 579 /**
 580  * copy_reserved_iova - copies the reserved between domains
 581  * @from: - source doamin from where to copy
 582  * @to: - destination domin where to copy
 583  * This function copies reserved iova's from one doamin to
 584  * other.
 585  */
 586 void
 587 copy_reserved_iova(struct iova_domain *from, struct iova_domain *to)
 588 {
 589         unsigned long flags;
 590         struct rb_node *node;
 591
 592         spin_lock_irqsave(&from->iova_rbtree_lock, flags);
 593         for (node = rb_first(&from->rbroot); node; node = rb_next(node)) {
 594                 struct iova *iova = rb_entry(node, struct iova, node);
 595                 struct iova *new_iova;
 596
 597                 new_iova = reserve_iova(to, iova->pfn_lo, iova->pfn_hi);
 598                 if (!new_iova)
 599                         printk(KERN_ERR "Reserve iova range %lx@%lx failed\n",
 600                                 iova->pfn_lo, iova->pfn_lo);
 601         }
 602         spin_unlock_irqrestore(&from->iova_rbtree_lock, flags);
 603 }
 604 EXPORT_SYMBOL_GPL(copy_reserved_iova);
 605
 606 struct iova *
 607 split_and_remove_iova(struct iova_domain *iovad, struct iova *iova,
 608                       unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 609 {
 610         unsigned long flags;
 611         struct iova *prev = NULL, *next = NULL;
 612
 613         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 614         if (iova->pfn_lo < pfn_lo) {
 615                 prev = alloc_and_init_iova(iova->pfn_lo, pfn_lo - 1);
 616                 if (prev == NULL)
 617                         goto error;
 618         }
 619         if (iova->pfn_hi > pfn_hi) {
 620                 next = alloc_and_init_iova(pfn_hi + 1, iova->pfn_hi);
 621                 if (next == NULL)
 622                         goto error;
 623         }
 624
 625         __cached_rbnode_delete_update(iovad, iova);
 626         rb_erase(&iova->node, &iovad->rbroot);
 627
 628         if (prev) {
 629                 iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, prev, NULL);
 630                 iova->pfn_lo = pfn_lo;
 631         }
 632         if (next) {
 633                 iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, next, NULL);
 634                 iova->pfn_hi = pfn_hi;
 635         }
 636         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 637
 638         return iova;
 639
 640 error:
 641         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 642         if (prev)
 643                 free_iova_mem(prev);
 644         return NULL;
 645 }
 646
 647 /*
 648  * Magazine caches for IOVA ranges.  For an introduction to magazines,
 649  * see the USENIX 2001 paper "Magazines and Vmem: Extending the Slab
 650  * Allocator to Many CPUs and Arbitrary Resources" by Bonwick and Adams.
 651  * For simplicity, we use a static magazine size and don't implement the
 652  * dynamic size tuning described in the paper.
 653  */
 654
 655 #define IOVA_MAG_SIZE 128
 656
 657 struct iova_magazine {
 658         unsigned long size;
 659         unsigned long pfns[IOVA_MAG_SIZE];
 660 };
 661
 662 struct iova_cpu_rcache {
 663         spinlock_t lock;
 664         struct iova_magazine *loaded;
 665         struct iova_magazine *prev;
 666 };
 667
 668 static struct iova_magazine *iova_magazine_alloc(gfp_t flags)
 669 {
 670         return kzalloc(sizeof(struct iova_magazine), flags);
 671 }
 672
 673 static void iova_magazine_free(struct iova_magazine *mag)
 674 {
 675         kfree(mag);
 676 }
 677
 678 static void
 679 iova_magazine_free_pfns(struct iova_magazine *mag, struct iova_domain *iovad)
 680 {
 681         unsigned long flags;
 682         int i;
 683
 684         if (!mag)
 685                 return;
 686
 687         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 688
 689         for (i = 0 ; i < mag->size; ++i) {
 690                 struct iova *iova = private_find_iova(iovad, mag->pfns[i]);
 691
 692                 BUG_ON(!iova);
 693                 private_free_iova(iovad, iova);
 694         }
 695
 696         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 697
 698         mag->size = 0;
 699 }
 700
 701 static bool iova_magazine_full(struct iova_magazine *mag)
 702 {
 703         return (mag && mag->size == IOVA_MAG_SIZE);
 704 }
 705
 706 static bool iova_magazine_empty(struct iova_magazine *mag)
 707 {
 708         return (!mag || mag->size == 0);
 709 }
 710
 711 static unsigned long iova_magazine_pop(struct iova_magazine *mag,
 712                                        unsigned long limit_pfn)
 713 {
 714         BUG_ON(iova_magazine_empty(mag));
 715
 716         if (mag->pfns[mag->size - 1] >= limit_pfn)
 717                 return 0;
 718
 719         return mag->pfns[--mag->size];
 720 }
 721
 722 static void iova_magazine_push(struct iova_magazine *mag, unsigned long pfn)
 723 {
 724         BUG_ON(iova_magazine_full(mag));
 725
 726         mag->pfns[mag->size++] = pfn;
 727 }
 728
 729 static void init_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad)
 730 {
 731         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 732         struct iova_rcache *rcache;
 733         unsigned int cpu;
 734         int i;
 735
 736         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 737                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 738                 spin_lock_init(&rcache->lock);
 739                 rcache->depot_size = 0;
 740                 rcache->cpu_rcaches = __alloc_percpu(sizeof(*cpu_rcache), cache_line_size());
 741                 if (WARN_ON(!rcache->cpu_rcaches))
 742                         continue;
 743                 for_each_possible_cpu(cpu) {
 744                         cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
 745                         spin_lock_init(&cpu_rcache->lock);
 746                         cpu_rcache->loaded = iova_magazine_alloc(GFP_KERNEL);
 747                         cpu_rcache->prev = iova_magazine_alloc(GFP_KERNEL);
 748                 }
 749         }
 750 }
 751
 752 /*
 753  * Try inserting IOVA range starting with 'iova_pfn' into 'rcache', and
 754  * return true on success.  Can fail if rcache is full and we can't free
 755  * space, and free_iova() (our only caller) will then return the IOVA
 756  * range to the rbtree instead.
 757  */
 758 static bool __iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad,
 759                                  struct iova_rcache *rcache,
 760                                  unsigned long iova_pfn)
 761 {
 762         struct iova_magazine *mag_to_free = NULL;
 763         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 764         bool can_insert = false;
 765         unsigned long flags;
 766
 767         cpu_rcache = raw_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches);
 768         spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 769
 770         if (!iova_magazine_full(cpu_rcache->loaded)) {
 771                 can_insert = true;
 772         } else if (!iova_magazine_full(cpu_rcache->prev)) {
 773                 swap(cpu_rcache->prev, cpu_rcache->loaded);
 774                 can_insert = true;
 775         } else {
 776                 struct iova_magazine *new_mag = iova_magazine_alloc(GFP_ATOMIC);
 777
 778                 if (new_mag) {
 779                         spin_lock(&rcache->lock);
 780                         if (rcache->depot_size < MAX_GLOBAL_MAGS) {
 781                                 rcache->depot[rcache->depot_size++] =
 782                                                 cpu_rcache->loaded;
 783                         } else {
 784                                 mag_to_free = cpu_rcache->loaded;
 785                         }
 786                         spin_unlock(&rcache->lock);
 787
 788                         cpu_rcache->loaded = new_mag;
 789                         can_insert = true;
 790                 }
 791         }
 792
 793         if (can_insert)
 794                 iova_magazine_push(cpu_rcache->loaded, iova_pfn);
 795
 796         spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 797
 798         if (mag_to_free) {
 799                 iova_magazine_free_pfns(mag_to_free, iovad);
 800                 iova_magazine_free(mag_to_free);
 801         }
 802
 803         return can_insert;
 804 }
 805
 806 static bool iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn,
 807                                unsigned long size)
 808 {
 809         unsigned int log_size = order_base_2(size);
 810
 811         if (log_size >= IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE)
 812                 return false;
 813
 814         return __iova_rcache_insert(iovad, &iovad->rcaches[log_size], pfn);
 815 }
 816
 817 /*
 818  * Caller wants to allocate a new IOVA range from 'rcache'.  If we can
 819  * satisfy the request, return a matching non-NULL range and remove
 820  * it from the 'rcache'.
 821  */
 822 static unsigned long __iova_rcache_get(struct iova_rcache *rcache,
 823                                        unsigned long limit_pfn)
 824 {
 825         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 826         unsigned long iova_pfn = 0;
 827         bool has_pfn = false;
 828         unsigned long flags;
 829
 830         cpu_rcache = raw_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches);
 831         spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 832
 833         if (!iova_magazine_empty(cpu_rcache->loaded)) {
 834                 has_pfn = true;
 835         } else if (!iova_magazine_empty(cpu_rcache->prev)) {
 836                 swap(cpu_rcache->prev, cpu_rcache->loaded);
 837                 has_pfn = true;
 838         } else {
 839                 spin_lock(&rcache->lock);
 840                 if (rcache->depot_size > 0) {
 841                         iova_magazine_free(cpu_rcache->loaded);
 842                         cpu_rcache->loaded = rcache->depot[--rcache->depot_size];
 843                         has_pfn = true;
 844                 }
 845                 spin_unlock(&rcache->lock);
 846         }
 847
 848         if (has_pfn)
 849                 iova_pfn = iova_magazine_pop(cpu_rcache->loaded, limit_pfn);
 850
 851         spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 852
 853         return iova_pfn;
 854 }
 855
 856 /*
 857  * Try to satisfy IOVA allocation range from rcache.  Fail if requested
 858  * size is too big or the DMA limit we are given isn't satisfied by the
 859  * top element in the magazine.
 860  */
 861 static unsigned long iova_rcache_get(struct iova_domain *iovad,
 862                                      unsigned long size,
 863                                      unsigned long limit_pfn)
 864 {
 865         unsigned int log_size = order_base_2(size);
 866
 867         if (log_size >= IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE)
 868                 return 0;
 869
 870         return __iova_rcache_get(&iovad->rcaches[log_size], limit_pfn);
 871 }
 872
 873 /*
 874  * Free a cpu's rcache.
 875  */
 876 static void free_cpu_iova_rcache(unsigned int cpu, struct iova_domain *iovad,
 877                                  struct iova_rcache *rcache)
 878 {
 879         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
 880         unsigned long flags;
 881
 882         spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 883
 884         iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->loaded, iovad);
 885         iova_magazine_free(cpu_rcache->loaded);
 886
 887         iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->prev, iovad);
 888         iova_magazine_free(cpu_rcache->prev);
 889
 890         spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 891 }
 892
 893 /*
 894  * free rcache data structures.
 895  */
 896 static void free_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad)
 897 {
 898         struct iova_rcache *rcache;
 899         unsigned long flags;
 900         unsigned int cpu;
 901         int i, j;
 902
 903         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 904                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 905                 for_each_possible_cpu(cpu)
 906                         free_cpu_iova_rcache(cpu, iovad, rcache);
 907                 spin_lock_irqsave(&rcache->lock, flags);
 908                 free_percpu(rcache->cpu_rcaches);
 909                 for (j = 0; j < rcache->depot_size; ++j) {
 910                         iova_magazine_free_pfns(rcache->depot[j], iovad);
 911                         iova_magazine_free(rcache->depot[j]);
 912                 }
 913                 spin_unlock_irqrestore(&rcache->lock, flags);
 914         }
 915 }
 916
 917 /*
 918  * free all the IOVA ranges cached by a cpu (used when cpu is unplugged)
 919  */
 920 void free_cpu_cached_iovas(unsigned int cpu, struct iova_domain *iovad)
 921 {
 922         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 923         struct iova_rcache *rcache;
 924         unsigned long flags;
 925         int i;
 926
 927         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 928                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 929                 cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
 930                 spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 931                 iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->loaded, iovad);
 932                 iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->prev, iovad);
 933                 spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 934         }
 935 }
 936
 937 MODULE_AUTHOR("Anil S Keshavamurthy <anil.s.keshavamurthy@intel.com>");
 938 MODULE_LICENSE("GPL");