drivers/infiniband/core/umem_odp.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2014 Mellanox Technologies. All rights reserved.
   3  *
   4  * This software is available to you under a choice of one of two
   5  * licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
   6  * General Public License (GPL) Version 2, available from the file
   7  * COPYING in the main directory of this source tree, or the
   8  * OpenIB.org BSD license below:
   9  *
  10  *     Redistribution and use in source and binary forms, with or
  11  *     without modification, are permitted provided that the following
  12  *     conditions are met:
  13  *
  14  *      - Redistributions of source code must retain the above
  15  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  16  *        disclaimer.
  17  *
  18  *      - Redistributions in binary form must reproduce the above
  19  *        copyright notice, this list of conditions and the following
  20  *        disclaimer in the documentation and/or other materials
  21  *        provided with the distribution.
  22  *
  23  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  24  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
  25  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  26  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
  27  * BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
  28  * ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
  29  * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
  30  * SOFTWARE.
  31  */
  32
  33 #include <linux/types.h>
  34 #include <linux/sched.h>
  35 #include <linux/sched/mm.h>
  36 #include <linux/sched/task.h>
  37 #include <linux/pid.h>
  38 #include <linux/slab.h>
  39 #include <linux/export.h>
  40 #include <linux/vmalloc.h>
  41 #include <linux/hugetlb.h>
  42 #include <linux/interval_tree.h>
  43 #include <linux/pagemap.h>
  44
  45 #include <rdma/ib_verbs.h>
  46 #include <rdma/ib_umem.h>
  47 #include <rdma/ib_umem_odp.h>
  48
  49 #include "uverbs.h"
  50
  51 static inline int ib_init_umem_odp(struct ib_umem_odp *umem_odp,
  52                                    const struct mmu_interval_notifier_ops *ops)
  53 {
  54         int ret;
  55
  56         umem_odp->umem.is_odp = 1;
  57         mutex_init(&umem_odp->umem_mutex);
  58
  59         if (!umem_odp->is_implicit_odp) {
  60                 size_t page_size = 1UL << umem_odp->page_shift;
  61                 unsigned long start;
  62                 unsigned long end;
  63                 size_t pages;
  64
  65                 start = ALIGN_DOWN(umem_odp->umem.address, page_size);
  66                 if (check_add_overflow(umem_odp->umem.address,
  67                                        (unsigned long)umem_odp->umem.length,
  68                                        &end))
  69                         return -EOVERFLOW;
  70                 end = ALIGN(end, page_size);
  71                 if (unlikely(end < page_size))
  72                         return -EOVERFLOW;
  73
  74                 pages = (end - start) >> umem_odp->page_shift;
  75                 if (!pages)
  76                         return -EINVAL;
  77
  78                 umem_odp->page_list = kvcalloc(
  79                         pages, sizeof(*umem_odp->page_list), GFP_KERNEL);
  80                 if (!umem_odp->page_list)
  81                         return -ENOMEM;
  82
  83                 umem_odp->dma_list = kvcalloc(
  84                         pages, sizeof(*umem_odp->dma_list), GFP_KERNEL);
  85                 if (!umem_odp->dma_list) {
  86                         ret = -ENOMEM;
  87                         goto out_page_list;
  88                 }
  89
  90                 ret = mmu_interval_notifier_insert(&umem_odp->notifier,
  91                                                    umem_odp->umem.owning_mm,
  92                                                    start, end - start, ops);
  93                 if (ret)
  94                         goto out_dma_list;
  95         }
  96
  97         return 0;
  98
  99 out_dma_list:
 100         kvfree(umem_odp->dma_list);
 101 out_page_list:
 102         kvfree(umem_odp->page_list);
 103         return ret;
 104 }
 105
 106 /**
 107  * ib_umem_odp_alloc_implicit - Allocate a parent implicit ODP umem
 108  *
 109  * Implicit ODP umems do not have a VA range and do not have any page lists.
 110  * They exist only to hold the per_mm reference to help the driver create
 111  * children umems.
 112  *
 113  * @device: IB device to create UMEM
 114  * @access: ib_reg_mr access flags
 115  */
 116 struct ib_umem_odp *ib_umem_odp_alloc_implicit(struct ib_device *device,
 117                                                int access)
 118 {
 119         struct ib_umem *umem;
 120         struct ib_umem_odp *umem_odp;
 121         int ret;
 122
 123         if (access & IB_ACCESS_HUGETLB)
 124                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 125
 126         umem_odp = kzalloc(sizeof(*umem_odp), GFP_KERNEL);
 127         if (!umem_odp)
 128                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 129         umem = &umem_odp->umem;
 130         umem->ibdev = device;
 131         umem->writable = ib_access_writable(access);
 132         umem->owning_mm = current->mm;
 133         umem_odp->is_implicit_odp = 1;
 134         umem_odp->page_shift = PAGE_SHIFT;
 135
 136         umem_odp->tgid = get_task_pid(current->group_leader, PIDTYPE_PID);
 137         ret = ib_init_umem_odp(umem_odp, NULL);
 138         if (ret) {
 139                 put_pid(umem_odp->tgid);
 140                 kfree(umem_odp);
 141                 return ERR_PTR(ret);
 142         }
 143         return umem_odp;
 144 }
 145 EXPORT_SYMBOL(ib_umem_odp_alloc_implicit);
 146
 147 /**
 148  * ib_umem_odp_alloc_child - Allocate a child ODP umem under an implicit
 149  *                           parent ODP umem
 150  *
 151  * @root: The parent umem enclosing the child. This must be allocated using
 152  *        ib_alloc_implicit_odp_umem()
 153  * @addr: The starting userspace VA
 154  * @size: The length of the userspace VA
 155  */
 156 struct ib_umem_odp *
 157 ib_umem_odp_alloc_child(struct ib_umem_odp *root, unsigned long addr,
 158                         size_t size,
 159                         const struct mmu_interval_notifier_ops *ops)
 160 {
 161         /*
 162          * Caller must ensure that root cannot be freed during the call to
 163          * ib_alloc_odp_umem.
 164          */
 165         struct ib_umem_odp *odp_data;
 166         struct ib_umem *umem;
 167         int ret;
 168
 169         if (WARN_ON(!root->is_implicit_odp))
 170                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 171
 172         odp_data = kzalloc(sizeof(*odp_data), GFP_KERNEL);
 173         if (!odp_data)
 174                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 175         umem = &odp_data->umem;
 176         umem->ibdev = root->umem.ibdev;
 177         umem->length     = size;
 178         umem->address    = addr;
 179         umem->writable   = root->umem.writable;
 180         umem->owning_mm  = root->umem.owning_mm;
 181         odp_data->page_shift = PAGE_SHIFT;
 182         odp_data->notifier.ops = ops;
 183
 184         odp_data->tgid = get_pid(root->tgid);
 185         ret = ib_init_umem_odp(odp_data, ops);
 186         if (ret) {
 187                 put_pid(odp_data->tgid);
 188                 kfree(odp_data);
 189                 return ERR_PTR(ret);
 190         }
 191         return odp_data;
 192 }
 193 EXPORT_SYMBOL(ib_umem_odp_alloc_child);
 194
 195 /**
 196  * ib_umem_odp_get - Create a umem_odp for a userspace va
 197  *
 198  * @device: IB device struct to get UMEM
 199  * @addr: userspace virtual address to start at
 200  * @size: length of region to pin
 201  * @access: IB_ACCESS_xxx flags for memory being pinned
 202  *
 203  * The driver should use when the access flags indicate ODP memory. It avoids
 204  * pinning, instead, stores the mm for future page fault handling in
 205  * conjunction with MMU notifiers.
 206  */
 207 struct ib_umem_odp *ib_umem_odp_get(struct ib_device *device,
 208                                     unsigned long addr, size_t size, int access,
 209                                     const struct mmu_interval_notifier_ops *ops)
 210 {
 211         struct ib_umem_odp *umem_odp;
 212         struct mm_struct *mm;
 213         int ret;
 214
 215         if (WARN_ON_ONCE(!(access & IB_ACCESS_ON_DEMAND)))
 216                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 217
 218         umem_odp = kzalloc(sizeof(struct ib_umem_odp), GFP_KERNEL);
 219         if (!umem_odp)
 220                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 221
 222         umem_odp->umem.ibdev = device;
 223         umem_odp->umem.length = size;
 224         umem_odp->umem.address = addr;
 225         umem_odp->umem.writable = ib_access_writable(access);
 226         umem_odp->umem.owning_mm = mm = current->mm;
 227         umem_odp->notifier.ops = ops;
 228
 229         umem_odp->page_shift = PAGE_SHIFT;
 230         if (access & IB_ACCESS_HUGETLB) {
 231                 struct vm_area_struct *vma;
 232                 struct hstate *h;
 233
 234                 down_read(&mm->mmap_sem);
 235                 vma = find_vma(mm, ib_umem_start(umem_odp));
 236                 if (!vma || !is_vm_hugetlb_page(vma)) {
 237                         up_read(&mm->mmap_sem);
 238                         ret = -EINVAL;
 239                         goto err_free;
 240                 }
 241                 h = hstate_vma(vma);
 242                 umem_odp->page_shift = huge_page_shift(h);
 243                 up_read(&mm->mmap_sem);
 244         }
 245
 246         umem_odp->tgid = get_task_pid(current->group_leader, PIDTYPE_PID);
 247         ret = ib_init_umem_odp(umem_odp, ops);
 248         if (ret)
 249                 goto err_put_pid;
 250         return umem_odp;
 251
 252 err_put_pid:
 253         put_pid(umem_odp->tgid);
 254 err_free:
 255         kfree(umem_odp);
 256         return ERR_PTR(ret);
 257 }
 258 EXPORT_SYMBOL(ib_umem_odp_get);
 259
 260 void ib_umem_odp_release(struct ib_umem_odp *umem_odp)
 261 {
 262         /*
 263          * Ensure that no more pages are mapped in the umem.
 264          *
 265          * It is the driver's responsibility to ensure, before calling us,
 266          * that the hardware will not attempt to access the MR any more.
 267          */
 268         if (!umem_odp->is_implicit_odp) {
 269                 mutex_lock(&umem_odp->umem_mutex);
 270                 ib_umem_odp_unmap_dma_pages(umem_odp, ib_umem_start(umem_odp),
 271                                             ib_umem_end(umem_odp));
 272                 mutex_unlock(&umem_odp->umem_mutex);
 273                 mmu_interval_notifier_remove(&umem_odp->notifier);
 274                 kvfree(umem_odp->dma_list);
 275                 kvfree(umem_odp->page_list);
 276                 put_pid(umem_odp->tgid);
 277         }
 278         kfree(umem_odp);
 279 }
 280 EXPORT_SYMBOL(ib_umem_odp_release);
 281
 282 /*
 283  * Map for DMA and insert a single page into the on-demand paging page tables.
 284  *
 285  * @umem: the umem to insert the page to.
 286  * @page_index: index in the umem to add the page to.
 287  * @page: the page struct to map and add.
 288  * @access_mask: access permissions needed for this page.
 289  * @current_seq: sequence number for synchronization with invalidations.
 290  *               the sequence number is taken from
 291  *               umem_odp->notifiers_seq.
 292  *
 293  * The function returns -EFAULT if the DMA mapping operation fails. It returns
 294  * -EAGAIN if a concurrent invalidation prevents us from updating the page.
 295  *
 296  * The page is released via put_user_page even if the operation failed. For
 297  * on-demand pinning, the page is released whenever it isn't stored in the
 298  * umem.
 299  */
 300 static int ib_umem_odp_map_dma_single_page(
 301                 struct ib_umem_odp *umem_odp,
 302                 unsigned int page_index,
 303                 struct page *page,
 304                 u64 access_mask,
 305                 unsigned long current_seq)
 306 {
 307         struct ib_device *dev = umem_odp->umem.ibdev;
 308         dma_addr_t dma_addr;
 309         int ret = 0;
 310
 311         if (mmu_interval_check_retry(&umem_odp->notifier, current_seq)) {
 312                 ret = -EAGAIN;
 313                 goto out;
 314         }
 315         if (!(umem_odp->dma_list[page_index])) {
 316                 dma_addr =
 317                         ib_dma_map_page(dev, page, 0, BIT(umem_odp->page_shift),
 318                                         DMA_BIDIRECTIONAL);
 319                 if (ib_dma_mapping_error(dev, dma_addr)) {
 320                         ret = -EFAULT;
 321                         goto out;
 322                 }
 323                 umem_odp->dma_list[page_index] = dma_addr | access_mask;
 324                 umem_odp->page_list[page_index] = page;
 325                 umem_odp->npages++;
 326         } else if (umem_odp->page_list[page_index] == page) {
 327                 umem_odp->dma_list[page_index] |= access_mask;
 328         } else {
 329                 /*
 330                  * This is a race here where we could have done:
 331                  *
 332                  *         CPU0                             CPU1
 333                  *   get_user_pages()
 334                  *                                       invalidate()
 335                  *                                       page_fault()
 336                  *   mutex_lock(umem_mutex)
 337                  *    page from GUP != page in ODP
 338                  *
 339                  * It should be prevented by the retry test above as reading
 340                  * the seq number should be reliable under the
 341                  * umem_mutex. Thus something is really not working right if
 342                  * things get here.
 343                  */
 344                 WARN(true,
 345                      "Got different pages in IB device and from get_user_pages. IB device page: %p, gup page: %p\n",
 346                      umem_odp->page_list[page_index], page);
 347                 ret = -EAGAIN;
 348         }
 349
 350 out:
 351         put_user_page(page);
 352         return ret;
 353 }
 354
 355 /**
 356  * ib_umem_odp_map_dma_pages - Pin and DMA map userspace memory in an ODP MR.
 357  *
 358  * Pins the range of pages passed in the argument, and maps them to
 359  * DMA addresses. The DMA addresses of the mapped pages is updated in
 360  * umem_odp->dma_list.
 361  *
 362  * Returns the number of pages mapped in success, negative error code
 363  * for failure.
 364  * An -EAGAIN error code is returned when a concurrent mmu notifier prevents
 365  * the function from completing its task.
 366  * An -ENOENT error code indicates that userspace process is being terminated
 367  * and mm was already destroyed.
 368  * @umem_odp: the umem to map and pin
 369  * @user_virt: the address from which we need to map.
 370  * @bcnt: the minimal number of bytes to pin and map. The mapping might be
 371  *        bigger due to alignment, and may also be smaller in case of an error
 372  *        pinning or mapping a page. The actual pages mapped is returned in
 373  *        the return value.
 374  * @access_mask: bit mask of the requested access permissions for the given
 375  *               range.
 376  * @current_seq: the MMU notifiers sequance value for synchronization with
 377  *               invalidations. the sequance number is read from
 378  *               umem_odp->notifiers_seq before calling this function
 379  */
 380 int ib_umem_odp_map_dma_pages(struct ib_umem_odp *umem_odp, u64 user_virt,
 381                               u64 bcnt, u64 access_mask,
 382                               unsigned long current_seq)
 383 {
 384         struct task_struct *owning_process  = NULL;
 385         struct mm_struct *owning_mm = umem_odp->umem.owning_mm;
 386         struct page       **local_page_list = NULL;
 387         u64 page_mask, off;
 388         int j, k, ret = 0, start_idx, npages = 0;
 389         unsigned int flags = 0, page_shift;
 390         phys_addr_t p = 0;
 391
 392         if (access_mask == 0)
 393                 return -EINVAL;
 394
 395         if (user_virt < ib_umem_start(umem_odp) ||
 396             user_virt + bcnt > ib_umem_end(umem_odp))
 397                 return -EFAULT;
 398
 399         local_page_list = (struct page **)__get_free_page(GFP_KERNEL);
 400         if (!local_page_list)
 401                 return -ENOMEM;
 402
 403         page_shift = umem_odp->page_shift;
 404         page_mask = ~(BIT(page_shift) - 1);
 405         off = user_virt & (~page_mask);
 406         user_virt = user_virt & page_mask;
 407         bcnt += off; /* Charge for the first page offset as well. */
 408
 409         /*
 410          * owning_process is allowed to be NULL, this means somehow the mm is
 411          * existing beyond the lifetime of the originating process.. Presumably
 412          * mmget_not_zero will fail in this case.
 413          */
 414         owning_process = get_pid_task(umem_odp->tgid, PIDTYPE_PID);
 415         if (!owning_process || !mmget_not_zero(owning_mm)) {
 416                 ret = -EINVAL;
 417                 goto out_put_task;
 418         }
 419
 420         if (access_mask & ODP_WRITE_ALLOWED_BIT)
 421                 flags |= FOLL_WRITE;
 422
 423         start_idx = (user_virt - ib_umem_start(umem_odp)) >> page_shift;
 424         k = start_idx;
 425
 426         while (bcnt > 0) {
 427                 const size_t gup_num_pages = min_t(size_t,
 428                                 (bcnt + BIT(page_shift) - 1) >> page_shift,
 429                                 PAGE_SIZE / sizeof(struct page *));
 430
 431                 down_read(&owning_mm->mmap_sem);
 432                 /*
 433                  * Note: this might result in redundent page getting. We can
 434                  * avoid this by checking dma_list to be 0 before calling
 435                  * get_user_pages. However, this make the code much more
 436                  * complex (and doesn't gain us much performance in most use
 437                  * cases).
 438                  */
 439                 npages = get_user_pages_remote(owning_process, owning_mm,
 440                                 user_virt, gup_num_pages,
 441                                 flags, local_page_list, NULL, NULL);
 442                 up_read(&owning_mm->mmap_sem);
 443
 444                 if (npages < 0) {
 445                         if (npages != -EAGAIN)
 446                                 pr_warn("fail to get %zu user pages with error %d\n", gup_num_pages, npages);
 447                         else
 448                                 pr_debug("fail to get %zu user pages with error %d\n", gup_num_pages, npages);
 449                         break;
 450                 }
 451
 452                 bcnt -= min_t(size_t, npages << PAGE_SHIFT, bcnt);
 453                 mutex_lock(&umem_odp->umem_mutex);
 454                 for (j = 0; j < npages; j++, user_virt += PAGE_SIZE) {
 455                         if (user_virt & ~page_mask) {
 456                                 p += PAGE_SIZE;
 457                                 if (page_to_phys(local_page_list[j]) != p) {
 458                                         ret = -EFAULT;
 459                                         break;
 460                                 }
 461                                 put_user_page(local_page_list[j]);
 462                                 continue;
 463                         }
 464
 465                         ret = ib_umem_odp_map_dma_single_page(
 466                                         umem_odp, k, local_page_list[j],
 467                                         access_mask, current_seq);
 468                         if (ret < 0) {
 469                                 if (ret != -EAGAIN)
 470                                         pr_warn("ib_umem_odp_map_dma_single_page failed with error %d\n", ret);
 471                                 else
 472                                         pr_debug("ib_umem_odp_map_dma_single_page failed with error %d\n", ret);
 473                                 break;
 474                         }
 475
 476                         p = page_to_phys(local_page_list[j]);
 477                         k++;
 478                 }
 479                 mutex_unlock(&umem_odp->umem_mutex);
 480
 481                 if (ret < 0) {
 482                         /*
 483                          * Release pages, remembering that the first page
 484                          * to hit an error was already released by
 485                          * ib_umem_odp_map_dma_single_page().
 486                          */
 487                         if (npages - (j + 1) > 0)
 488                                 put_user_pages(&local_page_list[j+1],
 489                                                npages - (j + 1));
 490                         break;
 491                 }
 492         }
 493
 494         if (ret >= 0) {
 495                 if (npages < 0 && k == start_idx)
 496                         ret = npages;
 497                 else
 498                         ret = k - start_idx;
 499         }
 500
 501         mmput(owning_mm);
 502 out_put_task:
 503         if (owning_process)
 504                 put_task_struct(owning_process);
 505         free_page((unsigned long)local_page_list);
 506         return ret;
 507 }
 508 EXPORT_SYMBOL(ib_umem_odp_map_dma_pages);
 509
 510 void ib_umem_odp_unmap_dma_pages(struct ib_umem_odp *umem_odp, u64 virt,
 511                                  u64 bound)
 512 {
 513         int idx;
 514         u64 addr;
 515         struct ib_device *dev = umem_odp->umem.ibdev;
 516
 517         lockdep_assert_held(&umem_odp->umem_mutex);
 518
 519         virt = max_t(u64, virt, ib_umem_start(umem_odp));
 520         bound = min_t(u64, bound, ib_umem_end(umem_odp));
 521         /* Note that during the run of this function, the
 522          * notifiers_count of the MR is > 0, preventing any racing
 523          * faults from completion. We might be racing with other
 524          * invalidations, so we must make sure we free each page only
 525          * once. */
 526         for (addr = virt; addr < bound; addr += BIT(umem_odp->page_shift)) {
 527                 idx = (addr - ib_umem_start(umem_odp)) >> umem_odp->page_shift;
 528                 if (umem_odp->page_list[idx]) {
 529                         struct page *page = umem_odp->page_list[idx];
 530                         dma_addr_t dma = umem_odp->dma_list[idx];
 531                         dma_addr_t dma_addr = dma & ODP_DMA_ADDR_MASK;
 532
 533                         WARN_ON(!dma_addr);
 534
 535                         ib_dma_unmap_page(dev, dma_addr,
 536                                           BIT(umem_odp->page_shift),
 537                                           DMA_BIDIRECTIONAL);
 538                         if (dma & ODP_WRITE_ALLOWED_BIT) {
 539                                 struct page *head_page = compound_head(page);
 540                                 /*
 541                                  * set_page_dirty prefers being called with
 542                                  * the page lock. However, MMU notifiers are
 543                                  * called sometimes with and sometimes without
 544                                  * the lock. We rely on the umem_mutex instead
 545                                  * to prevent other mmu notifiers from
 546                                  * continuing and allowing the page mapping to
 547                                  * be removed.
 548                                  */
 549                                 set_page_dirty(head_page);
 550                         }
 551                         umem_odp->page_list[idx] = NULL;
 552                         umem_odp->dma_list[idx] = 0;
 553                         umem_odp->npages--;
 554                 }
 555         }
 556 }
 557 EXPORT_SYMBOL(ib_umem_odp_unmap_dma_pages);