Merge branch 'for-5.18/apple' into for-linus
[linux-2.6-microblaze.git] / include / linux / dma-buf.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /*
3  * Header file for dma buffer sharing framework.
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 #ifndef __DMA_BUF_H__
14 #define __DMA_BUF_H__
15
16 #include <linux/dma-buf-map.h>
17 #include <linux/file.h>
18 #include <linux/err.h>
19 #include <linux/scatterlist.h>
20 #include <linux/list.h>
21 #include <linux/dma-mapping.h>
22 #include <linux/fs.h>
23 #include <linux/dma-fence.h>
24 #include <linux/wait.h>
25
26 struct device;
27 struct dma_buf;
28 struct dma_buf_attachment;
29
30 /**
31  * struct dma_buf_ops - operations possible on struct dma_buf
32  * @vmap: [optional] creates a virtual mapping for the buffer into kernel
33  *        address space. Same restrictions as for vmap and friends apply.
34  * @vunmap: [optional] unmaps a vmap from the buffer
35  */
36 struct dma_buf_ops {
37         /**
38           * @cache_sgt_mapping:
39           *
40           * If true the framework will cache the first mapping made for each
41           * attachment. This avoids creating mappings for attachments multiple
42           * times.
43           */
44         bool cache_sgt_mapping;
45
46         /**
47          * @attach:
48          *
49          * This is called from dma_buf_attach() to make sure that a given
50          * &dma_buf_attachment.dev can access the provided &dma_buf. Exporters
51          * which support buffer objects in special locations like VRAM or
52          * device-specific carveout areas should check whether the buffer could
53          * be move to system memory (or directly accessed by the provided
54          * device), and otherwise need to fail the attach operation.
55          *
56          * The exporter should also in general check whether the current
57          * allocation fulfills the DMA constraints of the new device. If this
58          * is not the case, and the allocation cannot be moved, it should also
59          * fail the attach operation.
60          *
61          * Any exporter-private housekeeping data can be stored in the
62          * &dma_buf_attachment.priv pointer.
63          *
64          * This callback is optional.
65          *
66          * Returns:
67          *
68          * 0 on success, negative error code on failure. It might return -EBUSY
69          * to signal that backing storage is already allocated and incompatible
70          * with the requirements of requesting device.
71          */
72         int (*attach)(struct dma_buf *, struct dma_buf_attachment *);
73
74         /**
75          * @detach:
76          *
77          * This is called by dma_buf_detach() to release a &dma_buf_attachment.
78          * Provided so that exporters can clean up any housekeeping for an
79          * &dma_buf_attachment.
80          *
81          * This callback is optional.
82          */
83         void (*detach)(struct dma_buf *, struct dma_buf_attachment *);
84
85         /**
86          * @pin:
87          *
88          * This is called by dma_buf_pin() and lets the exporter know that the
89          * DMA-buf can't be moved any more. Ideally, the exporter should
90          * pin the buffer so that it is generally accessible by all
91          * devices.
92          *
93          * This is called with the &dmabuf.resv object locked and is mutual
94          * exclusive with @cache_sgt_mapping.
95          *
96          * This is called automatically for non-dynamic importers from
97          * dma_buf_attach().
98          *
99          * Note that similar to non-dynamic exporters in their @map_dma_buf
100          * callback the driver must guarantee that the memory is available for
101          * use and cleared of any old data by the time this function returns.
102          * Drivers which pipeline their buffer moves internally must wait for
103          * all moves and clears to complete.
104          *
105          * Returns:
106          *
107          * 0 on success, negative error code on failure.
108          */
109         int (*pin)(struct dma_buf_attachment *attach);
110
111         /**
112          * @unpin:
113          *
114          * This is called by dma_buf_unpin() and lets the exporter know that the
115          * DMA-buf can be moved again.
116          *
117          * This is called with the dmabuf->resv object locked and is mutual
118          * exclusive with @cache_sgt_mapping.
119          *
120          * This callback is optional.
121          */
122         void (*unpin)(struct dma_buf_attachment *attach);
123
124         /**
125          * @map_dma_buf:
126          *
127          * This is called by dma_buf_map_attachment() and is used to map a
128          * shared &dma_buf into device address space, and it is mandatory. It
129          * can only be called if @attach has been called successfully.
130          *
131          * This call may sleep, e.g. when the backing storage first needs to be
132          * allocated, or moved to a location suitable for all currently attached
133          * devices.
134          *
135          * Note that any specific buffer attributes required for this function
136          * should get added to device_dma_parameters accessible via
137          * &device.dma_params from the &dma_buf_attachment. The @attach callback
138          * should also check these constraints.
139          *
140          * If this is being called for the first time, the exporter can now
141          * choose to scan through the list of attachments for this buffer,
142          * collate the requirements of the attached devices, and choose an
143          * appropriate backing storage for the buffer.
144          *
145          * Based on enum dma_data_direction, it might be possible to have
146          * multiple users accessing at the same time (for reading, maybe), or
147          * any other kind of sharing that the exporter might wish to make
148          * available to buffer-users.
149          *
150          * This is always called with the dmabuf->resv object locked when
151          * the dynamic_mapping flag is true.
152          *
153          * Note that for non-dynamic exporters the driver must guarantee that
154          * that the memory is available for use and cleared of any old data by
155          * the time this function returns.  Drivers which pipeline their buffer
156          * moves internally must wait for all moves and clears to complete.
157          * Dynamic exporters do not need to follow this rule: For non-dynamic
158          * importers the buffer is already pinned through @pin, which has the
159          * same requirements. Dynamic importers otoh are required to obey the
160          * dma_resv fences.
161          *
162          * Returns:
163          *
164          * A &sg_table scatter list of the backing storage of the DMA buffer,
165          * already mapped into the device address space of the &device attached
166          * with the provided &dma_buf_attachment. The addresses and lengths in
167          * the scatter list are PAGE_SIZE aligned.
168          *
169          * On failure, returns a negative error value wrapped into a pointer.
170          * May also return -EINTR when a signal was received while being
171          * blocked.
172          *
173          * Note that exporters should not try to cache the scatter list, or
174          * return the same one for multiple calls. Caching is done either by the
175          * DMA-BUF code (for non-dynamic importers) or the importer. Ownership
176          * of the scatter list is transferred to the caller, and returned by
177          * @unmap_dma_buf.
178          */
179         struct sg_table * (*map_dma_buf)(struct dma_buf_attachment *,
180                                          enum dma_data_direction);
181         /**
182          * @unmap_dma_buf:
183          *
184          * This is called by dma_buf_unmap_attachment() and should unmap and
185          * release the &sg_table allocated in @map_dma_buf, and it is mandatory.
186          * For static dma_buf handling this might also unpin the backing
187          * storage if this is the last mapping of the DMA buffer.
188          */
189         void (*unmap_dma_buf)(struct dma_buf_attachment *,
190                               struct sg_table *,
191                               enum dma_data_direction);
192
193         /* TODO: Add try_map_dma_buf version, to return immed with -EBUSY
194          * if the call would block.
195          */
196
197         /**
198          * @release:
199          *
200          * Called after the last dma_buf_put to release the &dma_buf, and
201          * mandatory.
202          */
203         void (*release)(struct dma_buf *);
204
205         /**
206          * @begin_cpu_access:
207          *
208          * This is called from dma_buf_begin_cpu_access() and allows the
209          * exporter to ensure that the memory is actually coherent for cpu
210          * access. The exporter also needs to ensure that cpu access is coherent
211          * for the access direction. The direction can be used by the exporter
212          * to optimize the cache flushing, i.e. access with a different
213          * direction (read instead of write) might return stale or even bogus
214          * data (e.g. when the exporter needs to copy the data to temporary
215          * storage).
216          *
217          * Note that this is both called through the DMA_BUF_IOCTL_SYNC IOCTL
218          * command for userspace mappings established through @mmap, and also
219          * for kernel mappings established with @vmap.
220          *
221          * This callback is optional.
222          *
223          * Returns:
224          *
225          * 0 on success or a negative error code on failure. This can for
226          * example fail when the backing storage can't be allocated. Can also
227          * return -ERESTARTSYS or -EINTR when the call has been interrupted and
228          * needs to be restarted.
229          */
230         int (*begin_cpu_access)(struct dma_buf *, enum dma_data_direction);
231
232         /**
233          * @end_cpu_access:
234          *
235          * This is called from dma_buf_end_cpu_access() when the importer is
236          * done accessing the CPU. The exporter can use this to flush caches and
237          * undo anything else done in @begin_cpu_access.
238          *
239          * This callback is optional.
240          *
241          * Returns:
242          *
243          * 0 on success or a negative error code on failure. Can return
244          * -ERESTARTSYS or -EINTR when the call has been interrupted and needs
245          * to be restarted.
246          */
247         int (*end_cpu_access)(struct dma_buf *, enum dma_data_direction);
248
249         /**
250          * @mmap:
251          *
252          * This callback is used by the dma_buf_mmap() function
253          *
254          * Note that the mapping needs to be incoherent, userspace is expected
255          * to bracket CPU access using the DMA_BUF_IOCTL_SYNC interface.
256          *
257          * Because dma-buf buffers have invariant size over their lifetime, the
258          * dma-buf core checks whether a vma is too large and rejects such
259          * mappings. The exporter hence does not need to duplicate this check.
260          * Drivers do not need to check this themselves.
261          *
262          * If an exporter needs to manually flush caches and hence needs to fake
263          * coherency for mmap support, it needs to be able to zap all the ptes
264          * pointing at the backing storage. Now linux mm needs a struct
265          * address_space associated with the struct file stored in vma->vm_file
266          * to do that with the function unmap_mapping_range. But the dma_buf
267          * framework only backs every dma_buf fd with the anon_file struct file,
268          * i.e. all dma_bufs share the same file.
269          *
270          * Hence exporters need to setup their own file (and address_space)
271          * association by setting vma->vm_file and adjusting vma->vm_pgoff in
272          * the dma_buf mmap callback. In the specific case of a gem driver the
273          * exporter could use the shmem file already provided by gem (and set
274          * vm_pgoff = 0). Exporters can then zap ptes by unmapping the
275          * corresponding range of the struct address_space associated with their
276          * own file.
277          *
278          * This callback is optional.
279          *
280          * Returns:
281          *
282          * 0 on success or a negative error code on failure.
283          */
284         int (*mmap)(struct dma_buf *, struct vm_area_struct *vma);
285
286         int (*vmap)(struct dma_buf *dmabuf, struct dma_buf_map *map);
287         void (*vunmap)(struct dma_buf *dmabuf, struct dma_buf_map *map);
288 };
289
290 /**
291  * struct dma_buf - shared buffer object
292  *
293  * This represents a shared buffer, created by calling dma_buf_export(). The
294  * userspace representation is a normal file descriptor, which can be created by
295  * calling dma_buf_fd().
296  *
297  * Shared dma buffers are reference counted using dma_buf_put() and
298  * get_dma_buf().
299  *
300  * Device DMA access is handled by the separate &struct dma_buf_attachment.
301  */
302 struct dma_buf {
303         /**
304          * @size:
305          *
306          * Size of the buffer; invariant over the lifetime of the buffer.
307          */
308         size_t size;
309
310         /**
311          * @file:
312          *
313          * File pointer used for sharing buffers across, and for refcounting.
314          * See dma_buf_get() and dma_buf_put().
315          */
316         struct file *file;
317
318         /**
319          * @attachments:
320          *
321          * List of dma_buf_attachment that denotes all devices attached,
322          * protected by &dma_resv lock @resv.
323          */
324         struct list_head attachments;
325
326         /** @ops: dma_buf_ops associated with this buffer object. */
327         const struct dma_buf_ops *ops;
328
329         /**
330          * @lock:
331          *
332          * Used internally to serialize list manipulation, attach/detach and
333          * vmap/unmap. Note that in many cases this is superseeded by
334          * dma_resv_lock() on @resv.
335          */
336         struct mutex lock;
337
338         /**
339          * @vmapping_counter:
340          *
341          * Used internally to refcnt the vmaps returned by dma_buf_vmap().
342          * Protected by @lock.
343          */
344         unsigned vmapping_counter;
345
346         /**
347          * @vmap_ptr:
348          * The current vmap ptr if @vmapping_counter > 0. Protected by @lock.
349          */
350         struct dma_buf_map vmap_ptr;
351
352         /**
353          * @exp_name:
354          *
355          * Name of the exporter; useful for debugging. See the
356          * DMA_BUF_SET_NAME IOCTL.
357          */
358         const char *exp_name;
359
360         /**
361          * @name:
362          *
363          * Userspace-provided name; useful for accounting and debugging,
364          * protected by dma_resv_lock() on @resv and @name_lock for read access.
365          */
366         const char *name;
367
368         /** @name_lock: Spinlock to protect name acces for read access. */
369         spinlock_t name_lock;
370
371         /**
372          * @owner:
373          *
374          * Pointer to exporter module; used for refcounting when exporter is a
375          * kernel module.
376          */
377         struct module *owner;
378
379         /** @list_node: node for dma_buf accounting and debugging. */
380         struct list_head list_node;
381
382         /** @priv: exporter specific private data for this buffer object. */
383         void *priv;
384
385         /**
386          * @resv:
387          *
388          * Reservation object linked to this dma-buf.
389          *
390          * IMPLICIT SYNCHRONIZATION RULES:
391          *
392          * Drivers which support implicit synchronization of buffer access as
393          * e.g. exposed in `Implicit Fence Poll Support`_ must follow the
394          * below rules.
395          *
396          * - Drivers must add a shared fence through dma_resv_add_shared_fence()
397          *   for anything the userspace API considers a read access. This highly
398          *   depends upon the API and window system.
399          *
400          * - Similarly drivers must set the exclusive fence through
401          *   dma_resv_add_excl_fence() for anything the userspace API considers
402          *   write access.
403          *
404          * - Drivers may just always set the exclusive fence, since that only
405          *   causes unecessarily synchronization, but no correctness issues.
406          *
407          * - Some drivers only expose a synchronous userspace API with no
408          *   pipelining across drivers. These do not set any fences for their
409          *   access. An example here is v4l.
410          *
411          * DYNAMIC IMPORTER RULES:
412          *
413          * Dynamic importers, see dma_buf_attachment_is_dynamic(), have
414          * additional constraints on how they set up fences:
415          *
416          * - Dynamic importers must obey the exclusive fence and wait for it to
417          *   signal before allowing access to the buffer's underlying storage
418          *   through the device.
419          *
420          * - Dynamic importers should set fences for any access that they can't
421          *   disable immediately from their &dma_buf_attach_ops.move_notify
422          *   callback.
423          *
424          * IMPORTANT:
425          *
426          * All drivers must obey the struct dma_resv rules, specifically the
427          * rules for updating fences, see &dma_resv.fence_excl and
428          * &dma_resv.fence. If these dependency rules are broken access tracking
429          * can be lost resulting in use after free issues.
430          */
431         struct dma_resv *resv;
432
433         /** @poll: for userspace poll support */
434         wait_queue_head_t poll;
435
436         /** @cb_in: for userspace poll support */
437         /** @cb_out: for userspace poll support */
438         struct dma_buf_poll_cb_t {
439                 struct dma_fence_cb cb;
440                 wait_queue_head_t *poll;
441
442                 __poll_t active;
443         } cb_in, cb_out;
444 #ifdef CONFIG_DMABUF_SYSFS_STATS
445         /**
446          * @sysfs_entry:
447          *
448          * For exposing information about this buffer in sysfs. See also
449          * `DMA-BUF statistics`_ for the uapi this enables.
450          */
451         struct dma_buf_sysfs_entry {
452                 struct kobject kobj;
453                 struct dma_buf *dmabuf;
454         } *sysfs_entry;
455 #endif
456 };
457
458 /**
459  * struct dma_buf_attach_ops - importer operations for an attachment
460  *
461  * Attachment operations implemented by the importer.
462  */
463 struct dma_buf_attach_ops {
464         /**
465          * @allow_peer2peer:
466          *
467          * If this is set to true the importer must be able to handle peer
468          * resources without struct pages.
469          */
470         bool allow_peer2peer;
471
472         /**
473          * @move_notify: [optional] notification that the DMA-buf is moving
474          *
475          * If this callback is provided the framework can avoid pinning the
476          * backing store while mappings exists.
477          *
478          * This callback is called with the lock of the reservation object
479          * associated with the dma_buf held and the mapping function must be
480          * called with this lock held as well. This makes sure that no mapping
481          * is created concurrently with an ongoing move operation.
482          *
483          * Mappings stay valid and are not directly affected by this callback.
484          * But the DMA-buf can now be in a different physical location, so all
485          * mappings should be destroyed and re-created as soon as possible.
486          *
487          * New mappings can be created after this callback returns, and will
488          * point to the new location of the DMA-buf.
489          */
490         void (*move_notify)(struct dma_buf_attachment *attach);
491 };
492
493 /**
494  * struct dma_buf_attachment - holds device-buffer attachment data
495  * @dmabuf: buffer for this attachment.
496  * @dev: device attached to the buffer.
497  * @node: list of dma_buf_attachment, protected by dma_resv lock of the dmabuf.
498  * @sgt: cached mapping.
499  * @dir: direction of cached mapping.
500  * @peer2peer: true if the importer can handle peer resources without pages.
501  * @priv: exporter specific attachment data.
502  * @importer_ops: importer operations for this attachment, if provided
503  * dma_buf_map/unmap_attachment() must be called with the dma_resv lock held.
504  * @importer_priv: importer specific attachment data.
505  *
506  * This structure holds the attachment information between the dma_buf buffer
507  * and its user device(s). The list contains one attachment struct per device
508  * attached to the buffer.
509  *
510  * An attachment is created by calling dma_buf_attach(), and released again by
511  * calling dma_buf_detach(). The DMA mapping itself needed to initiate a
512  * transfer is created by dma_buf_map_attachment() and freed again by calling
513  * dma_buf_unmap_attachment().
514  */
515 struct dma_buf_attachment {
516         struct dma_buf *dmabuf;
517         struct device *dev;
518         struct list_head node;
519         struct sg_table *sgt;
520         enum dma_data_direction dir;
521         bool peer2peer;
522         const struct dma_buf_attach_ops *importer_ops;
523         void *importer_priv;
524         void *priv;
525 };
526
527 /**
528  * struct dma_buf_export_info - holds information needed to export a dma_buf
529  * @exp_name:   name of the exporter - useful for debugging.
530  * @owner:      pointer to exporter module - used for refcounting kernel module
531  * @ops:        Attach allocator-defined dma buf ops to the new buffer
532  * @size:       Size of the buffer - invariant over the lifetime of the buffer
533  * @flags:      mode flags for the file
534  * @resv:       reservation-object, NULL to allocate default one
535  * @priv:       Attach private data of allocator to this buffer
536  *
537  * This structure holds the information required to export the buffer. Used
538  * with dma_buf_export() only.
539  */
540 struct dma_buf_export_info {
541         const char *exp_name;
542         struct module *owner;
543         const struct dma_buf_ops *ops;
544         size_t size;
545         int flags;
546         struct dma_resv *resv;
547         void *priv;
548 };
549
550 /**
551  * DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO - helper macro for exporters
552  * @name: export-info name
553  *
554  * DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO macro defines the &struct dma_buf_export_info,
555  * zeroes it out and pre-populates exp_name in it.
556  */
557 #define DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO(name)        \
558         struct dma_buf_export_info name = { .exp_name = KBUILD_MODNAME, \
559                                          .owner = THIS_MODULE }
560
561 /**
562  * get_dma_buf - convenience wrapper for get_file.
563  * @dmabuf:     [in]    pointer to dma_buf
564  *
565  * Increments the reference count on the dma-buf, needed in case of drivers
566  * that either need to create additional references to the dmabuf on the
567  * kernel side.  For example, an exporter that needs to keep a dmabuf ptr
568  * so that subsequent exports don't create a new dmabuf.
569  */
570 static inline void get_dma_buf(struct dma_buf *dmabuf)
571 {
572         get_file(dmabuf->file);
573 }
574
575 /**
576  * dma_buf_is_dynamic - check if a DMA-buf uses dynamic mappings.
577  * @dmabuf: the DMA-buf to check
578  *
579  * Returns true if a DMA-buf exporter wants to be called with the dma_resv
580  * locked for the map/unmap callbacks, false if it doesn't wants to be called
581  * with the lock held.
582  */
583 static inline bool dma_buf_is_dynamic(struct dma_buf *dmabuf)
584 {
585         return !!dmabuf->ops->pin;
586 }
587
588 /**
589  * dma_buf_attachment_is_dynamic - check if a DMA-buf attachment uses dynamic
590  * mappings
591  * @attach: the DMA-buf attachment to check
592  *
593  * Returns true if a DMA-buf importer wants to call the map/unmap functions with
594  * the dma_resv lock held.
595  */
596 static inline bool
597 dma_buf_attachment_is_dynamic(struct dma_buf_attachment *attach)
598 {
599         return !!attach->importer_ops;
600 }
601
602 struct dma_buf_attachment *dma_buf_attach(struct dma_buf *dmabuf,
603                                           struct device *dev);
604 struct dma_buf_attachment *
605 dma_buf_dynamic_attach(struct dma_buf *dmabuf, struct device *dev,
606                        const struct dma_buf_attach_ops *importer_ops,
607                        void *importer_priv);
608 void dma_buf_detach(struct dma_buf *dmabuf,
609                     struct dma_buf_attachment *attach);
610 int dma_buf_pin(struct dma_buf_attachment *attach);
611 void dma_buf_unpin(struct dma_buf_attachment *attach);
612
613 struct dma_buf *dma_buf_export(const struct dma_buf_export_info *exp_info);
614
615 int dma_buf_fd(struct dma_buf *dmabuf, int flags);
616 struct dma_buf *dma_buf_get(int fd);
617 void dma_buf_put(struct dma_buf *dmabuf);
618
619 struct sg_table *dma_buf_map_attachment(struct dma_buf_attachment *,
620                                         enum dma_data_direction);
621 void dma_buf_unmap_attachment(struct dma_buf_attachment *, struct sg_table *,
622                                 enum dma_data_direction);
623 void dma_buf_move_notify(struct dma_buf *dma_buf);
624 int dma_buf_begin_cpu_access(struct dma_buf *dma_buf,
625                              enum dma_data_direction dir);
626 int dma_buf_end_cpu_access(struct dma_buf *dma_buf,
627                            enum dma_data_direction dir);
628
629 int dma_buf_mmap(struct dma_buf *, struct vm_area_struct *,
630                  unsigned long);
631 int dma_buf_vmap(struct dma_buf *dmabuf, struct dma_buf_map *map);
632 void dma_buf_vunmap(struct dma_buf *dmabuf, struct dma_buf_map *map);
633 #endif /* __DMA_BUF_H__ */