arch/powerpc/mm/pgtable.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
   2 /*
   3  * This file contains common routines for dealing with free of page tables
   4  * Along with common page table handling code
   5  *
   6  *  Derived from arch/powerpc/mm/tlb_64.c:
   7  *    Copyright (C) 1995-1996 Gary Thomas (gdt@linuxppc.org)
   8  *
   9  *  Modifications by Paul Mackerras (PowerMac) (paulus@cs.anu.edu.au)
  10  *  and Cort Dougan (PReP) (cort@cs.nmt.edu)
  11  *    Copyright (C) 1996 Paul Mackerras
  12  *
  13  *  Derived from "arch/i386/mm/init.c"
  14  *    Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
  15  *
  16  *  Dave Engebretsen <engebret@us.ibm.com>
  17  *      Rework for PPC64 port.
  18  */
  19
  20 #include <linux/kernel.h>
  21 #include <linux/gfp.h>
  22 #include <linux/mm.h>
  23 #include <linux/percpu.h>
  24 #include <linux/hardirq.h>
  25 #include <linux/hugetlb.h>
  26 #include <asm/tlbflush.h>
  27 #include <asm/tlb.h>
  28 #include <asm/hugetlb.h>
  29 #include <asm/pte-walk.h>
  30
  31 #ifdef CONFIG_PPC64
  32 #define PGD_ALIGN (sizeof(pgd_t) * MAX_PTRS_PER_PGD)
  33 #else
  34 #define PGD_ALIGN PAGE_SIZE
  35 #endif
  36
  37 pgd_t swapper_pg_dir[MAX_PTRS_PER_PGD] __section(".bss..page_aligned") __aligned(PGD_ALIGN);
  38
  39 static inline int is_exec_fault(void)
  40 {
  41         return current->thread.regs && TRAP(current->thread.regs) == 0x400;
  42 }
  43
  44 /* We only try to do i/d cache coherency on stuff that looks like
  45  * reasonably "normal" PTEs. We currently require a PTE to be present
  46  * and we avoid _PAGE_SPECIAL and cache inhibited pte. We also only do that
  47  * on userspace PTEs
  48  */
  49 static inline int pte_looks_normal(pte_t pte)
  50 {
  51
  52         if (pte_present(pte) && !pte_special(pte)) {
  53                 if (pte_ci(pte))
  54                         return 0;
  55                 if (pte_user(pte))
  56                         return 1;
  57         }
  58         return 0;
  59 }
  60
  61 static struct page *maybe_pte_to_page(pte_t pte)
  62 {
  63         unsigned long pfn = pte_pfn(pte);
  64         struct page *page;
  65
  66         if (unlikely(!pfn_valid(pfn)))
  67                 return NULL;
  68         page = pfn_to_page(pfn);
  69         if (PageReserved(page))
  70                 return NULL;
  71         return page;
  72 }
  73
  74 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S
  75
  76 /* Server-style MMU handles coherency when hashing if HW exec permission
  77  * is supposed per page (currently 64-bit only). If not, then, we always
  78  * flush the cache for valid PTEs in set_pte. Embedded CPU without HW exec
  79  * support falls into the same category.
  80  */
  81
  82 static pte_t set_pte_filter_hash(pte_t pte)
  83 {
  84         pte = __pte(pte_val(pte) & ~_PAGE_HPTEFLAGS);
  85         if (pte_looks_normal(pte) && !(cpu_has_feature(CPU_FTR_COHERENT_ICACHE) ||
  86                                        cpu_has_feature(CPU_FTR_NOEXECUTE))) {
  87                 struct page *pg = maybe_pte_to_page(pte);
  88                 if (!pg)
  89                         return pte;
  90                 if (!test_bit(PG_dcache_clean, &pg->flags)) {
  91                         flush_dcache_icache_page(pg);
  92                         set_bit(PG_dcache_clean, &pg->flags);
  93                 }
  94         }
  95         return pte;
  96 }
  97
  98 #else /* CONFIG_PPC_BOOK3S */
  99
 100 static pte_t set_pte_filter_hash(pte_t pte) { return pte; }
 101
 102 #endif /* CONFIG_PPC_BOOK3S */
 103
 104 /* Embedded type MMU with HW exec support. This is a bit more complicated
 105  * as we don't have two bits to spare for _PAGE_EXEC and _PAGE_HWEXEC so
 106  * instead we "filter out" the exec permission for non clean pages.
 107  */
 108 static inline pte_t set_pte_filter(pte_t pte)
 109 {
 110         struct page *pg;
 111
 112         if (radix_enabled())
 113                 return pte;
 114
 115         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 116                 return set_pte_filter_hash(pte);
 117
 118         /* No exec permission in the first place, move on */
 119         if (!pte_exec(pte) || !pte_looks_normal(pte))
 120                 return pte;
 121
 122         /* If you set _PAGE_EXEC on weird pages you're on your own */
 123         pg = maybe_pte_to_page(pte);
 124         if (unlikely(!pg))
 125                 return pte;
 126
 127         /* If the page clean, we move on */
 128         if (test_bit(PG_dcache_clean, &pg->flags))
 129                 return pte;
 130
 131         /* If it's an exec fault, we flush the cache and make it clean */
 132         if (is_exec_fault()) {
 133                 flush_dcache_icache_page(pg);
 134                 set_bit(PG_dcache_clean, &pg->flags);
 135                 return pte;
 136         }
 137
 138         /* Else, we filter out _PAGE_EXEC */
 139         return pte_exprotect(pte);
 140 }
 141
 142 static pte_t set_access_flags_filter(pte_t pte, struct vm_area_struct *vma,
 143                                      int dirty)
 144 {
 145         struct page *pg;
 146
 147         if (IS_ENABLED(CONFIG_PPC_BOOK3S_64))
 148                 return pte;
 149
 150         if (mmu_has_feature(MMU_FTR_HPTE_TABLE))
 151                 return pte;
 152
 153         /* So here, we only care about exec faults, as we use them
 154          * to recover lost _PAGE_EXEC and perform I$/D$ coherency
 155          * if necessary. Also if _PAGE_EXEC is already set, same deal,
 156          * we just bail out
 157          */
 158         if (dirty || pte_exec(pte) || !is_exec_fault())
 159                 return pte;
 160
 161 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 162         /* So this is an exec fault, _PAGE_EXEC is not set. If it was
 163          * an error we would have bailed out earlier in do_page_fault()
 164          * but let's make sure of it
 165          */
 166         if (WARN_ON(!(vma->vm_flags & VM_EXEC)))
 167                 return pte;
 168 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
 169
 170         /* If you set _PAGE_EXEC on weird pages you're on your own */
 171         pg = maybe_pte_to_page(pte);
 172         if (unlikely(!pg))
 173                 goto bail;
 174
 175         /* If the page is already clean, we move on */
 176         if (test_bit(PG_dcache_clean, &pg->flags))
 177                 goto bail;
 178
 179         /* Clean the page and set PG_dcache_clean */
 180         flush_dcache_icache_page(pg);
 181         set_bit(PG_dcache_clean, &pg->flags);
 182
 183  bail:
 184         return pte_mkexec(pte);
 185 }
 186
 187 /*
 188  * set_pte stores a linux PTE into the linux page table.
 189  */
 190 void set_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep,
 191                 pte_t pte)
 192 {
 193         /*
 194          * Make sure hardware valid bit is not set. We don't do
 195          * tlb flush for this update.
 196          */
 197         VM_WARN_ON(pte_hw_valid(*ptep) && !pte_protnone(*ptep));
 198
 199         /* Note: mm->context.id might not yet have been assigned as
 200          * this context might not have been activated yet when this
 201          * is called.
 202          */
 203         pte = set_pte_filter(pte);
 204
 205         /* Perform the setting of the PTE */
 206         __set_pte_at(mm, addr, ptep, pte, 0);
 207 }
 208
 209 /*
 210  * This is called when relaxing access to a PTE. It's also called in the page
 211  * fault path when we don't hit any of the major fault cases, ie, a minor
 212  * update of _PAGE_ACCESSED, _PAGE_DIRTY, etc... The generic code will have
 213  * handled those two for us, we additionally deal with missing execute
 214  * permission here on some processors
 215  */
 216 int ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
 217                           pte_t *ptep, pte_t entry, int dirty)
 218 {
 219         int changed;
 220         entry = set_access_flags_filter(entry, vma, dirty);
 221         changed = !pte_same(*(ptep), entry);
 222         if (changed) {
 223                 assert_pte_locked(vma->vm_mm, address);
 224                 __ptep_set_access_flags(vma, ptep, entry,
 225                                         address, mmu_virtual_psize);
 226         }
 227         return changed;
 228 }
 229
 230 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 231 int huge_ptep_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
 232                                unsigned long addr, pte_t *ptep,
 233                                pte_t pte, int dirty)
 234 {
 235 #ifdef HUGETLB_NEED_PRELOAD
 236         /*
 237          * The "return 1" forces a call of update_mmu_cache, which will write a
 238          * TLB entry.  Without this, platforms that don't do a write of the TLB
 239          * entry in the TLB miss handler asm will fault ad infinitum.
 240          */
 241         ptep_set_access_flags(vma, addr, ptep, pte, dirty);
 242         return 1;
 243 #else
 244         int changed, psize;
 245
 246         pte = set_access_flags_filter(pte, vma, dirty);
 247         changed = !pte_same(*(ptep), pte);
 248         if (changed) {
 249
 250 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 251                 struct hstate *h = hstate_vma(vma);
 252
 253                 psize = hstate_get_psize(h);
 254 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 255                 assert_spin_locked(huge_pte_lockptr(h, vma->vm_mm, ptep));
 256 #endif
 257
 258 #else
 259                 /*
 260                  * Not used on non book3s64 platforms.
 261                  * 8xx compares it with mmu_virtual_psize to
 262                  * know if it is a huge page or not.
 263                  */
 264                 psize = MMU_PAGE_COUNT;
 265 #endif
 266                 __ptep_set_access_flags(vma, ptep, pte, addr, psize);
 267         }
 268         return changed;
 269 #endif
 270 }
 271
 272 #if defined(CONFIG_PPC_8xx)
 273 void set_huge_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep, pte_t pte)
 274 {
 275         pmd_t *pmd = pmd_off(mm, addr);
 276         pte_basic_t val;
 277         pte_basic_t *entry = (pte_basic_t *)ptep;
 278         int num, i;
 279
 280         /*
 281          * Make sure hardware valid bit is not set. We don't do
 282          * tlb flush for this update.
 283          */
 284         VM_WARN_ON(pte_hw_valid(*ptep) && !pte_protnone(*ptep));
 285
 286         pte = set_pte_filter(pte);
 287
 288         val = pte_val(pte);
 289
 290         num = number_of_cells_per_pte(pmd, val, 1);
 291
 292         for (i = 0; i < num; i++, entry++, val += SZ_4K)
 293                 *entry = val;
 294 }
 295 #endif
 296 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE */
 297
 298 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
 299 void assert_pte_locked(struct mm_struct *mm, unsigned long addr)
 300 {
 301         pgd_t *pgd;
 302         p4d_t *p4d;
 303         pud_t *pud;
 304         pmd_t *pmd;
 305
 306         if (mm == &init_mm)
 307                 return;
 308         pgd = mm->pgd + pgd_index(addr);
 309         BUG_ON(pgd_none(*pgd));
 310         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 311         BUG_ON(p4d_none(*p4d));
 312         pud = pud_offset(p4d, addr);
 313         BUG_ON(pud_none(*pud));
 314         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 315         /*
 316          * khugepaged to collapse normal pages to hugepage, first set
 317          * pmd to none to force page fault/gup to take mmap_lock. After
 318          * pmd is set to none, we do a pte_clear which does this assertion
 319          * so if we find pmd none, return.
 320          */
 321         if (pmd_none(*pmd))
 322                 return;
 323         BUG_ON(!pmd_present(*pmd));
 324         assert_spin_locked(pte_lockptr(mm, pmd));
 325 }
 326 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
 327
 328 unsigned long vmalloc_to_phys(void *va)
 329 {
 330         unsigned long pfn = vmalloc_to_pfn(va);
 331
 332         BUG_ON(!pfn);
 333         return __pa(pfn_to_kaddr(pfn)) + offset_in_page(va);
 334 }
 335 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmalloc_to_phys);
 336
 337 /*
 338  * We have 4 cases for pgds and pmds:
 339  * (1) invalid (all zeroes)
 340  * (2) pointer to next table, as normal; bottom 6 bits == 0
 341  * (3) leaf pte for huge page _PAGE_PTE set
 342  * (4) hugepd pointer, _PAGE_PTE = 0 and bits [2..6] indicate size of table
 343  *
 344  * So long as we atomically load page table pointers we are safe against teardown,
 345  * we can follow the address down to the the page and take a ref on it.
 346  * This function need to be called with interrupts disabled. We use this variant
 347  * when we have MSR[EE] = 0 but the paca->irq_soft_mask = IRQS_ENABLED
 348  */
 349 pte_t *__find_linux_pte(pgd_t *pgdir, unsigned long ea,
 350                         bool *is_thp, unsigned *hpage_shift)
 351 {
 352         pgd_t *pgdp;
 353         p4d_t p4d, *p4dp;
 354         pud_t pud, *pudp;
 355         pmd_t pmd, *pmdp;
 356         pte_t *ret_pte;
 357         hugepd_t *hpdp = NULL;
 358         unsigned pdshift;
 359
 360         if (hpage_shift)
 361                 *hpage_shift = 0;
 362
 363         if (is_thp)
 364                 *is_thp = false;
 365
 366         /*
 367          * Always operate on the local stack value. This make sure the
 368          * value don't get updated by a parallel THP split/collapse,
 369          * page fault or a page unmap. The return pte_t * is still not
 370          * stable. So should be checked there for above conditions.
 371          * Top level is an exception because it is folded into p4d.
 372          */
 373         pgdp = pgdir + pgd_index(ea);
 374         p4dp = p4d_offset(pgdp, ea);
 375         p4d  = READ_ONCE(*p4dp);
 376         pdshift = P4D_SHIFT;
 377
 378         if (p4d_none(p4d))
 379                 return NULL;
 380
 381         if (p4d_is_leaf(p4d)) {
 382                 ret_pte = (pte_t *)p4dp;
 383                 goto out;
 384         }
 385
 386         if (is_hugepd(__hugepd(p4d_val(p4d)))) {
 387                 hpdp = (hugepd_t *)&p4d;
 388                 goto out_huge;
 389         }
 390
 391         /*
 392          * Even if we end up with an unmap, the pgtable will not
 393          * be freed, because we do an rcu free and here we are
 394          * irq disabled
 395          */
 396         pdshift = PUD_SHIFT;
 397         pudp = pud_offset(&p4d, ea);
 398         pud  = READ_ONCE(*pudp);
 399
 400         if (pud_none(pud))
 401                 return NULL;
 402
 403         if (pud_is_leaf(pud)) {
 404                 ret_pte = (pte_t *)pudp;
 405                 goto out;
 406         }
 407
 408         if (is_hugepd(__hugepd(pud_val(pud)))) {
 409                 hpdp = (hugepd_t *)&pud;
 410                 goto out_huge;
 411         }
 412
 413         pdshift = PMD_SHIFT;
 414         pmdp = pmd_offset(&pud, ea);
 415         pmd  = READ_ONCE(*pmdp);
 416
 417         /*
 418          * A hugepage collapse is captured by this condition, see
 419          * pmdp_collapse_flush.
 420          */
 421         if (pmd_none(pmd))
 422                 return NULL;
 423
 424 #ifdef CONFIG_PPC_BOOK3S_64
 425         /*
 426          * A hugepage split is captured by this condition, see
 427          * pmdp_invalidate.
 428          *
 429          * Huge page modification can be caught here too.
 430          */
 431         if (pmd_is_serializing(pmd))
 432                 return NULL;
 433 #endif
 434
 435         if (pmd_trans_huge(pmd) || pmd_devmap(pmd)) {
 436                 if (is_thp)
 437                         *is_thp = true;
 438                 ret_pte = (pte_t *)pmdp;
 439                 goto out;
 440         }
 441
 442         if (pmd_is_leaf(pmd)) {
 443                 ret_pte = (pte_t *)pmdp;
 444                 goto out;
 445         }
 446
 447         if (is_hugepd(__hugepd(pmd_val(pmd)))) {
 448                 hpdp = (hugepd_t *)&pmd;
 449                 goto out_huge;
 450         }
 451
 452         return pte_offset_kernel(&pmd, ea);
 453
 454 out_huge:
 455         if (!hpdp)
 456                 return NULL;
 457
 458         ret_pte = hugepte_offset(*hpdp, ea, pdshift);
 459         pdshift = hugepd_shift(*hpdp);
 460 out:
 461         if (hpage_shift)
 462                 *hpage_shift = pdshift;
 463         return ret_pte;
 464 }
 465 EXPORT_SYMBOL_GPL(__find_linux_pte);