arch/arm/kvm/mmu.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012 - Virtual Open Systems and Columbia University
   3  * Author: Christoffer Dall <c.dall@virtualopensystems.com>
   4  *
   5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   6  * it under the terms of the GNU General Public License, version 2, as
   7  * published by the Free Software Foundation.
   8  *
   9  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12  * GNU General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  15  * along with this program; if not, write to the Free Software
  16  * Foundation, 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
  17  */
  18
  19 #include <linux/mman.h>
  20 #include <linux/kvm_host.h>
  21 #include <linux/io.h>
  22 #include <linux/hugetlb.h>
  23 #include <trace/events/kvm.h>
  24 #include <asm/pgalloc.h>
  25 #include <asm/cacheflush.h>
  26 #include <asm/kvm_arm.h>
  27 #include <asm/kvm_mmu.h>
  28 #include <asm/kvm_mmio.h>
  29 #include <asm/kvm_asm.h>
  30 #include <asm/kvm_emulate.h>
  31
  32 #include "trace.h"
  33
  34 extern char  __hyp_idmap_text_start[], __hyp_idmap_text_end[];
  35
  36 static pgd_t *boot_hyp_pgd;
  37 static pgd_t *hyp_pgd;
  38 static DEFINE_MUTEX(kvm_hyp_pgd_mutex);
  39
  40 static void *init_bounce_page;
  41 static unsigned long hyp_idmap_start;
  42 static unsigned long hyp_idmap_end;
  43 static phys_addr_t hyp_idmap_vector;
  44
  45 #define kvm_pmd_huge(_x)        (pmd_huge(_x) || pmd_trans_huge(_x))
  46
  47 static void kvm_tlb_flush_vmid_ipa(struct kvm *kvm, phys_addr_t ipa)
  48 {
  49         /*
  50          * This function also gets called when dealing with HYP page
  51          * tables. As HYP doesn't have an associated struct kvm (and
  52          * the HYP page tables are fairly static), we don't do
  53          * anything there.
  54          */
  55         if (kvm)
  56                 kvm_call_hyp(__kvm_tlb_flush_vmid_ipa, kvm, ipa);
  57 }
  58
  59 static int mmu_topup_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
  60                                   int min, int max)
  61 {
  62         void *page;
  63
  64         BUG_ON(max > KVM_NR_MEM_OBJS);
  65         if (cache->nobjs >= min)
  66                 return 0;
  67         while (cache->nobjs < max) {
  68                 page = (void *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
  69                 if (!page)
  70                         return -ENOMEM;
  71                 cache->objects[cache->nobjs++] = page;
  72         }
  73         return 0;
  74 }
  75
  76 static void mmu_free_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
  77 {
  78         while (mc->nobjs)
  79                 free_page((unsigned long)mc->objects[--mc->nobjs]);
  80 }
  81
  82 static void *mmu_memory_cache_alloc(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
  83 {
  84         void *p;
  85
  86         BUG_ON(!mc || !mc->nobjs);
  87         p = mc->objects[--mc->nobjs];
  88         return p;
  89 }
  90
  91 static bool page_empty(void *ptr)
  92 {
  93         struct page *ptr_page = virt_to_page(ptr);
  94         return page_count(ptr_page) == 1;
  95 }
  96
  97 static void clear_pud_entry(struct kvm *kvm, pud_t *pud, phys_addr_t addr)
  98 {
  99         if (pud_huge(*pud)) {
 100                 pud_clear(pud);
 101                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 102         } else {
 103                 pmd_t *pmd_table = pmd_offset(pud, 0);
 104                 pud_clear(pud);
 105                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 106                 pmd_free(NULL, pmd_table);
 107         }
 108         put_page(virt_to_page(pud));
 109 }
 110
 111 static void clear_pmd_entry(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd, phys_addr_t addr)
 112 {
 113         if (kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 114                 pmd_clear(pmd);
 115                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 116         } else {
 117                 pte_t *pte_table = pte_offset_kernel(pmd, 0);
 118                 pmd_clear(pmd);
 119                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 120                 pte_free_kernel(NULL, pte_table);
 121         }
 122         put_page(virt_to_page(pmd));
 123 }
 124
 125 static void clear_pte_entry(struct kvm *kvm, pte_t *pte, phys_addr_t addr)
 126 {
 127         if (pte_present(*pte)) {
 128                 kvm_set_pte(pte, __pte(0));
 129                 put_page(virt_to_page(pte));
 130                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 131         }
 132 }
 133
 134 static void unmap_range(struct kvm *kvm, pgd_t *pgdp,
 135                         unsigned long long start, u64 size)
 136 {
 137         pgd_t *pgd;
 138         pud_t *pud;
 139         pmd_t *pmd;
 140         pte_t *pte;
 141         unsigned long long addr = start, end = start + size;
 142         u64 next;
 143
 144         while (addr < end) {
 145                 pgd = pgdp + pgd_index(addr);
 146                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 147                 if (pud_none(*pud)) {
 148                         addr = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 149                         continue;
 150                 }
 151
 152                 if (pud_huge(*pud)) {
 153                         /*
 154                          * If we are dealing with a huge pud, just clear it and
 155                          * move on.
 156                          */
 157                         clear_pud_entry(kvm, pud, addr);
 158                         addr = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 159                         continue;
 160                 }
 161
 162                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 163                 if (pmd_none(*pmd)) {
 164                         addr = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
 165                         continue;
 166                 }
 167
 168                 if (!kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 169                         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 170                         clear_pte_entry(kvm, pte, addr);
 171                         next = addr + PAGE_SIZE;
 172                 }
 173
 174                 /*
 175                  * If the pmd entry is to be cleared, walk back up the ladder
 176                  */
 177                 if (kvm_pmd_huge(*pmd) || page_empty(pte)) {
 178                         clear_pmd_entry(kvm, pmd, addr);
 179                         next = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
 180                         if (page_empty(pmd) && !page_empty(pud)) {
 181                                 clear_pud_entry(kvm, pud, addr);
 182                                 next = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 183                         }
 184                 }
 185
 186                 addr = next;
 187         }
 188 }
 189
 190 static void stage2_flush_ptes(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd,
 191                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
 192 {
 193         pte_t *pte;
 194
 195         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 196         do {
 197                 if (!pte_none(*pte)) {
 198                         hva_t hva = gfn_to_hva(kvm, addr >> PAGE_SHIFT);
 199                         kvm_flush_dcache_to_poc((void*)hva, PAGE_SIZE);
 200                 }
 201         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 202 }
 203
 204 static void stage2_flush_pmds(struct kvm *kvm, pud_t *pud,
 205                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
 206 {
 207         pmd_t *pmd;
 208         phys_addr_t next;
 209
 210         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 211         do {
 212                 next = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
 213                 if (!pmd_none(*pmd)) {
 214                         if (kvm_pmd_huge(*pmd)) {
 215                                 hva_t hva = gfn_to_hva(kvm, addr >> PAGE_SHIFT);
 216                                 kvm_flush_dcache_to_poc((void*)hva, PMD_SIZE);
 217                         } else {
 218                                 stage2_flush_ptes(kvm, pmd, addr, next);
 219                         }
 220                 }
 221         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 222 }
 223
 224 static void stage2_flush_puds(struct kvm *kvm, pgd_t *pgd,
 225                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
 226 {
 227         pud_t *pud;
 228         phys_addr_t next;
 229
 230         pud = pud_offset(pgd, addr);
 231         do {
 232                 next = kvm_pud_addr_end(addr, end);
 233                 if (!pud_none(*pud)) {
 234                         if (pud_huge(*pud)) {
 235                                 hva_t hva = gfn_to_hva(kvm, addr >> PAGE_SHIFT);
 236                                 kvm_flush_dcache_to_poc((void*)hva, PUD_SIZE);
 237                         } else {
 238                                 stage2_flush_pmds(kvm, pud, addr, next);
 239                         }
 240                 }
 241         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 242 }
 243
 244 static void stage2_flush_memslot(struct kvm *kvm,
 245                                  struct kvm_memory_slot *memslot)
 246 {
 247         phys_addr_t addr = memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT;
 248         phys_addr_t end = addr + PAGE_SIZE * memslot->npages;
 249         phys_addr_t next;
 250         pgd_t *pgd;
 251
 252         pgd = kvm->arch.pgd + pgd_index(addr);
 253         do {
 254                 next = kvm_pgd_addr_end(addr, end);
 255                 stage2_flush_puds(kvm, pgd, addr, next);
 256         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 257 }
 258
 259 /**
 260  * stage2_flush_vm - Invalidate cache for pages mapped in stage 2
 261  * @kvm: The struct kvm pointer
 262  *
 263  * Go through the stage 2 page tables and invalidate any cache lines
 264  * backing memory already mapped to the VM.
 265  */
 266 void stage2_flush_vm(struct kvm *kvm)
 267 {
 268         struct kvm_memslots *slots;
 269         struct kvm_memory_slot *memslot;
 270         int idx;
 271
 272         idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
 273         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 274
 275         slots = kvm_memslots(kvm);
 276         kvm_for_each_memslot(memslot, slots)
 277                 stage2_flush_memslot(kvm, memslot);
 278
 279         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 280         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, idx);
 281 }
 282
 283 /**
 284  * free_boot_hyp_pgd - free HYP boot page tables
 285  *
 286  * Free the HYP boot page tables. The bounce page is also freed.
 287  */
 288 void free_boot_hyp_pgd(void)
 289 {
 290         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 291
 292         if (boot_hyp_pgd) {
 293                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, hyp_idmap_start, PAGE_SIZE);
 294                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
 295                 kfree(boot_hyp_pgd);
 296                 boot_hyp_pgd = NULL;
 297         }
 298
 299         if (hyp_pgd)
 300                 unmap_range(NULL, hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
 301
 302         kfree(init_bounce_page);
 303         init_bounce_page = NULL;
 304
 305         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 306 }
 307
 308 /**
 309  * free_hyp_pgds - free Hyp-mode page tables
 310  *
 311  * Assumes hyp_pgd is a page table used strictly in Hyp-mode and
 312  * therefore contains either mappings in the kernel memory area (above
 313  * PAGE_OFFSET), or device mappings in the vmalloc range (from
 314  * VMALLOC_START to VMALLOC_END).
 315  *
 316  * boot_hyp_pgd should only map two pages for the init code.
 317  */
 318 void free_hyp_pgds(void)
 319 {
 320         unsigned long addr;
 321
 322         free_boot_hyp_pgd();
 323
 324         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 325
 326         if (hyp_pgd) {
 327                 for (addr = PAGE_OFFSET; virt_addr_valid(addr); addr += PGDIR_SIZE)
 328                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
 329                 for (addr = VMALLOC_START; is_vmalloc_addr((void*)addr); addr += PGDIR_SIZE)
 330                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
 331
 332                 kfree(hyp_pgd);
 333                 hyp_pgd = NULL;
 334         }
 335
 336         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 337 }
 338
 339 static void create_hyp_pte_mappings(pmd_t *pmd, unsigned long start,
 340                                     unsigned long end, unsigned long pfn,
 341                                     pgprot_t prot)
 342 {
 343         pte_t *pte;
 344         unsigned long addr;
 345
 346         addr = start;
 347         do {
 348                 pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 349                 kvm_set_pte(pte, pfn_pte(pfn, prot));
 350                 get_page(virt_to_page(pte));
 351                 kvm_flush_dcache_to_poc(pte, sizeof(*pte));
 352                 pfn++;
 353         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 354 }
 355
 356 static int create_hyp_pmd_mappings(pud_t *pud, unsigned long start,
 357                                    unsigned long end, unsigned long pfn,
 358                                    pgprot_t prot)
 359 {
 360         pmd_t *pmd;
 361         pte_t *pte;
 362         unsigned long addr, next;
 363
 364         addr = start;
 365         do {
 366                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 367
 368                 BUG_ON(pmd_sect(*pmd));
 369
 370                 if (pmd_none(*pmd)) {
 371                         pte = pte_alloc_one_kernel(NULL, addr);
 372                         if (!pte) {
 373                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pte\n");
 374                                 return -ENOMEM;
 375                         }
 376                         pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
 377                         get_page(virt_to_page(pmd));
 378                         kvm_flush_dcache_to_poc(pmd, sizeof(*pmd));
 379                 }
 380
 381                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 382
 383                 create_hyp_pte_mappings(pmd, addr, next, pfn, prot);
 384                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
 385         } while (addr = next, addr != end);
 386
 387         return 0;
 388 }
 389
 390 static int __create_hyp_mappings(pgd_t *pgdp,
 391                                  unsigned long start, unsigned long end,
 392                                  unsigned long pfn, pgprot_t prot)
 393 {
 394         pgd_t *pgd;
 395         pud_t *pud;
 396         pmd_t *pmd;
 397         unsigned long addr, next;
 398         int err = 0;
 399
 400         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 401         addr = start & PAGE_MASK;
 402         end = PAGE_ALIGN(end);
 403         do {
 404                 pgd = pgdp + pgd_index(addr);
 405                 pud = pud_offset(pgd, addr);
 406
 407                 if (pud_none_or_clear_bad(pud)) {
 408                         pmd = pmd_alloc_one(NULL, addr);
 409                         if (!pmd) {
 410                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pmd\n");
 411                                 err = -ENOMEM;
 412                                 goto out;
 413                         }
 414                         pud_populate(NULL, pud, pmd);
 415                         get_page(virt_to_page(pud));
 416                         kvm_flush_dcache_to_poc(pud, sizeof(*pud));
 417                 }
 418
 419                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 420                 err = create_hyp_pmd_mappings(pud, addr, next, pfn, prot);
 421                 if (err)
 422                         goto out;
 423                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
 424         } while (addr = next, addr != end);
 425 out:
 426         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
 427         return err;
 428 }
 429
 430 static phys_addr_t kvm_kaddr_to_phys(void *kaddr)
 431 {
 432         if (!is_vmalloc_addr(kaddr)) {
 433                 BUG_ON(!virt_addr_valid(kaddr));
 434                 return __pa(kaddr);
 435         } else {
 436                 return page_to_phys(vmalloc_to_page(kaddr)) +
 437                        offset_in_page(kaddr);
 438         }
 439 }
 440
 441 /**
 442  * create_hyp_mappings - duplicate a kernel virtual address range in Hyp mode
 443  * @from:       The virtual kernel start address of the range
 444  * @to:         The virtual kernel end address of the range (exclusive)
 445  *
 446  * The same virtual address as the kernel virtual address is also used
 447  * in Hyp-mode mapping (modulo HYP_PAGE_OFFSET) to the same underlying
 448  * physical pages.
 449  */
 450 int create_hyp_mappings(void *from, void *to)
 451 {
 452         phys_addr_t phys_addr;
 453         unsigned long virt_addr;
 454         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
 455         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
 456
 457         start = start & PAGE_MASK;
 458         end = PAGE_ALIGN(end);
 459
 460         for (virt_addr = start; virt_addr < end; virt_addr += PAGE_SIZE) {
 461                 int err;
 462
 463                 phys_addr = kvm_kaddr_to_phys(from + virt_addr - start);
 464                 err = __create_hyp_mappings(hyp_pgd, virt_addr,
 465                                             virt_addr + PAGE_SIZE,
 466                                             __phys_to_pfn(phys_addr),
 467                                             PAGE_HYP);
 468                 if (err)
 469                         return err;
 470         }
 471
 472         return 0;
 473 }
 474
 475 /**
 476  * create_hyp_io_mappings - duplicate a kernel IO mapping into Hyp mode
 477  * @from:       The kernel start VA of the range
 478  * @to:         The kernel end VA of the range (exclusive)
 479  * @phys_addr:  The physical start address which gets mapped
 480  *
 481  * The resulting HYP VA is the same as the kernel VA, modulo
 482  * HYP_PAGE_OFFSET.
 483  */
 484 int create_hyp_io_mappings(void *from, void *to, phys_addr_t phys_addr)
 485 {
 486         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
 487         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
 488
 489         /* Check for a valid kernel IO mapping */
 490         if (!is_vmalloc_addr(from) || !is_vmalloc_addr(to - 1))
 491                 return -EINVAL;
 492
 493         return __create_hyp_mappings(hyp_pgd, start, end,
 494                                      __phys_to_pfn(phys_addr), PAGE_HYP_DEVICE);
 495 }
 496
 497 /**
 498  * kvm_alloc_stage2_pgd - allocate level-1 table for stage-2 translation.
 499  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
 500  *
 501  * Allocates the 1st level table only of size defined by S2_PGD_ORDER (can
 502  * support either full 40-bit input addresses or limited to 32-bit input
 503  * addresses). Clears the allocated pages.
 504  *
 505  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
 506  * created, which can only be done once.
 507  */
 508 int kvm_alloc_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
 509 {
 510         pgd_t *pgd;
 511
 512         if (kvm->arch.pgd != NULL) {
 513                 kvm_err("kvm_arch already initialized?\n");
 514                 return -EINVAL;
 515         }
 516
 517         pgd = (pgd_t *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, S2_PGD_ORDER);
 518         if (!pgd)
 519                 return -ENOMEM;
 520
 521         memset(pgd, 0, PTRS_PER_S2_PGD * sizeof(pgd_t));
 522         kvm_clean_pgd(pgd);
 523         kvm->arch.pgd = pgd;
 524
 525         return 0;
 526 }
 527
 528 /**
 529  * unmap_stage2_range -- Clear stage2 page table entries to unmap a range
 530  * @kvm:   The VM pointer
 531  * @start: The intermediate physical base address of the range to unmap
 532  * @size:  The size of the area to unmap
 533  *
 534  * Clear a range of stage-2 mappings, lowering the various ref-counts.  Must
 535  * be called while holding mmu_lock (unless for freeing the stage2 pgd before
 536  * destroying the VM), otherwise another faulting VCPU may come in and mess
 537  * with things behind our backs.
 538  */
 539 static void unmap_stage2_range(struct kvm *kvm, phys_addr_t start, u64 size)
 540 {
 541         unmap_range(kvm, kvm->arch.pgd, start, size);
 542 }
 543
 544 /**
 545  * kvm_free_stage2_pgd - free all stage-2 tables
 546  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
 547  *
 548  * Walks the level-1 page table pointed to by kvm->arch.pgd and frees all
 549  * underlying level-2 and level-3 tables before freeing the actual level-1 table
 550  * and setting the struct pointer to NULL.
 551  *
 552  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
 553  * destroyed, which can only be done once.
 554  */
 555 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
 556 {
 557         if (kvm->arch.pgd == NULL)
 558                 return;
 559
 560         unmap_stage2_range(kvm, 0, KVM_PHYS_SIZE);
 561         free_pages((unsigned long)kvm->arch.pgd, S2_PGD_ORDER);
 562         kvm->arch.pgd = NULL;
 563 }
 564
 565 static pmd_t *stage2_get_pmd(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
 566                              phys_addr_t addr)
 567 {
 568         pgd_t *pgd;
 569         pud_t *pud;
 570         pmd_t *pmd;
 571
 572         pgd = kvm->arch.pgd + pgd_index(addr);
 573         pud = pud_offset(pgd, addr);
 574         if (pud_none(*pud)) {
 575                 if (!cache)
 576                         return NULL;
 577                 pmd = mmu_memory_cache_alloc(cache);
 578                 pud_populate(NULL, pud, pmd);
 579                 get_page(virt_to_page(pud));
 580         }
 581
 582         return pmd_offset(pud, addr);
 583 }
 584
 585 static int stage2_set_pmd_huge(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache
 586                                *cache, phys_addr_t addr, const pmd_t *new_pmd)
 587 {
 588         pmd_t *pmd, old_pmd;
 589
 590         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
 591         VM_BUG_ON(!pmd);
 592
 593         /*
 594          * Mapping in huge pages should only happen through a fault.  If a
 595          * page is merged into a transparent huge page, the individual
 596          * subpages of that huge page should be unmapped through MMU
 597          * notifiers before we get here.
 598          *
 599          * Merging of CompoundPages is not supported; they should become
 600          * splitting first, unmapped, merged, and mapped back in on-demand.
 601          */
 602         VM_BUG_ON(pmd_present(*pmd) && pmd_pfn(*pmd) != pmd_pfn(*new_pmd));
 603
 604         old_pmd = *pmd;
 605         kvm_set_pmd(pmd, *new_pmd);
 606         if (pmd_present(old_pmd))
 607                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 608         else
 609                 get_page(virt_to_page(pmd));
 610         return 0;
 611 }
 612
 613 static int stage2_set_pte(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
 614                           phys_addr_t addr, const pte_t *new_pte, bool iomap)
 615 {
 616         pmd_t *pmd;
 617         pte_t *pte, old_pte;
 618
 619         /* Create stage-2 page table mapping - Level 1 */
 620         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
 621         if (!pmd) {
 622                 /*
 623                  * Ignore calls from kvm_set_spte_hva for unallocated
 624                  * address ranges.
 625                  */
 626                 return 0;
 627         }
 628
 629         /* Create stage-2 page mappings - Level 2 */
 630         if (pmd_none(*pmd)) {
 631                 if (!cache)
 632                         return 0; /* ignore calls from kvm_set_spte_hva */
 633                 pte = mmu_memory_cache_alloc(cache);
 634                 kvm_clean_pte(pte);
 635                 pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
 636                 get_page(virt_to_page(pmd));
 637         }
 638
 639         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 640
 641         if (iomap && pte_present(*pte))
 642                 return -EFAULT;
 643
 644         /* Create 2nd stage page table mapping - Level 3 */
 645         old_pte = *pte;
 646         kvm_set_pte(pte, *new_pte);
 647         if (pte_present(old_pte))
 648                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
 649         else
 650                 get_page(virt_to_page(pte));
 651
 652         return 0;
 653 }
 654
 655 /**
 656  * kvm_phys_addr_ioremap - map a device range to guest IPA
 657  *
 658  * @kvm:        The KVM pointer
 659  * @guest_ipa:  The IPA at which to insert the mapping
 660  * @pa:         The physical address of the device
 661  * @size:       The size of the mapping
 662  */
 663 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
 664                           phys_addr_t pa, unsigned long size)
 665 {
 666         phys_addr_t addr, end;
 667         int ret = 0;
 668         unsigned long pfn;
 669         struct kvm_mmu_memory_cache cache = { 0, };
 670
 671         end = (guest_ipa + size + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;
 672         pfn = __phys_to_pfn(pa);
 673
 674         for (addr = guest_ipa; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
 675                 pte_t pte = pfn_pte(pfn, PAGE_S2_DEVICE);
 676
 677                 ret = mmu_topup_memory_cache(&cache, 2, 2);
 678                 if (ret)
 679                         goto out;
 680                 spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 681                 ret = stage2_set_pte(kvm, &cache, addr, &pte, true);
 682                 spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 683                 if (ret)
 684                         goto out;
 685
 686                 pfn++;
 687         }
 688
 689 out:
 690         mmu_free_memory_cache(&cache);
 691         return ret;
 692 }
 693
 694 static bool transparent_hugepage_adjust(pfn_t *pfnp, phys_addr_t *ipap)
 695 {
 696         pfn_t pfn = *pfnp;
 697         gfn_t gfn = *ipap >> PAGE_SHIFT;
 698
 699         if (PageTransCompound(pfn_to_page(pfn))) {
 700                 unsigned long mask;
 701                 /*
 702                  * The address we faulted on is backed by a transparent huge
 703                  * page.  However, because we map the compound huge page and
 704                  * not the individual tail page, we need to transfer the
 705                  * refcount to the head page.  We have to be careful that the
 706                  * THP doesn't start to split while we are adjusting the
 707                  * refcounts.
 708                  *
 709                  * We are sure this doesn't happen, because mmu_notifier_retry
 710                  * was successful and we are holding the mmu_lock, so if this
 711                  * THP is trying to split, it will be blocked in the mmu
 712                  * notifier before touching any of the pages, specifically
 713                  * before being able to call __split_huge_page_refcount().
 714                  *
 715                  * We can therefore safely transfer the refcount from PG_tail
 716                  * to PG_head and switch the pfn from a tail page to the head
 717                  * page accordingly.
 718                  */
 719                 mask = PTRS_PER_PMD - 1;
 720                 VM_BUG_ON((gfn & mask) != (pfn & mask));
 721                 if (pfn & mask) {
 722                         *ipap &= PMD_MASK;
 723                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 724                         pfn &= ~mask;
 725                         kvm_get_pfn(pfn);
 726                         *pfnp = pfn;
 727                 }
 728
 729                 return true;
 730         }
 731
 732         return false;
 733 }
 734
 735 static int user_mem_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, phys_addr_t fault_ipa,
 736                           struct kvm_memory_slot *memslot,
 737                           unsigned long fault_status)
 738 {
 739         int ret;
 740         bool write_fault, writable, hugetlb = false, force_pte = false;
 741         unsigned long mmu_seq;
 742         gfn_t gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
 743         unsigned long hva = gfn_to_hva(vcpu->kvm, gfn);
 744         struct kvm *kvm = vcpu->kvm;
 745         struct kvm_mmu_memory_cache *memcache = &vcpu->arch.mmu_page_cache;
 746         struct vm_area_struct *vma;
 747         pfn_t pfn;
 748
 749         write_fault = kvm_is_write_fault(kvm_vcpu_get_hsr(vcpu));
 750         if (fault_status == FSC_PERM && !write_fault) {
 751                 kvm_err("Unexpected L2 read permission error\n");
 752                 return -EFAULT;
 753         }
 754
 755         /* Let's check if we will get back a huge page backed by hugetlbfs */
 756         down_read(&current->mm->mmap_sem);
 757         vma = find_vma_intersection(current->mm, hva, hva + 1);
 758         if (is_vm_hugetlb_page(vma)) {
 759                 hugetlb = true;
 760                 gfn = (fault_ipa & PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT;
 761         } else {
 762                 /*
 763                  * Pages belonging to memslots that don't have the same
 764                  * alignment for userspace and IPA cannot be mapped using
 765                  * block descriptors even if the pages belong to a THP for
 766                  * the process, because the stage-2 block descriptor will
 767                  * cover more than a single THP and we loose atomicity for
 768                  * unmapping, updates, and splits of the THP or other pages
 769                  * in the stage-2 block range.
 770                  */
 771                 if ((memslot->userspace_addr & ~PMD_MASK) !=
 772                     ((memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT) & ~PMD_MASK))
 773                         force_pte = true;
 774         }
 775         up_read(&current->mm->mmap_sem);
 776
 777         /* We need minimum second+third level pages */
 778         ret = mmu_topup_memory_cache(memcache, 2, KVM_NR_MEM_OBJS);
 779         if (ret)
 780                 return ret;
 781
 782         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
 783         /*
 784          * Ensure the read of mmu_notifier_seq happens before we call
 785          * gfn_to_pfn_prot (which calls get_user_pages), so that we don't risk
 786          * the page we just got a reference to gets unmapped before we have a
 787          * chance to grab the mmu_lock, which ensure that if the page gets
 788          * unmapped afterwards, the call to kvm_unmap_hva will take it away
 789          * from us again properly. This smp_rmb() interacts with the smp_wmb()
 790          * in kvm_mmu_notifier_invalidate_<page|range_end>.
 791          */
 792         smp_rmb();
 793
 794         pfn = gfn_to_pfn_prot(kvm, gfn, write_fault, &writable);
 795         if (is_error_pfn(pfn))
 796                 return -EFAULT;
 797
 798         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
 799         if (mmu_notifier_retry(kvm, mmu_seq))
 800                 goto out_unlock;
 801         if (!hugetlb && !force_pte)
 802                 hugetlb = transparent_hugepage_adjust(&pfn, &fault_ipa);
 803
 804         if (hugetlb) {
 805                 pmd_t new_pmd = pfn_pmd(pfn, PAGE_S2);
 806                 new_pmd = pmd_mkhuge(new_pmd);
 807                 if (writable) {
 808                         kvm_set_s2pmd_writable(&new_pmd);
 809                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
 810                 }
 811                 coherent_cache_guest_page(vcpu, hva & PMD_MASK, PMD_SIZE);
 812                 ret = stage2_set_pmd_huge(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pmd);
 813         } else {
 814                 pte_t new_pte = pfn_pte(pfn, PAGE_S2);
 815                 if (writable) {
 816                         kvm_set_s2pte_writable(&new_pte);
 817                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
 818                 }
 819                 coherent_cache_guest_page(vcpu, hva, PAGE_SIZE);
 820                 ret = stage2_set_pte(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pte, false);
 821         }
 822
 823
 824 out_unlock:
 825         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
 826         kvm_release_pfn_clean(pfn);
 827         return ret;
 828 }
 829
 830 /**
 831  * kvm_handle_guest_abort - handles all 2nd stage aborts
 832  * @vcpu:       the VCPU pointer
 833  * @run:        the kvm_run structure
 834  *
 835  * Any abort that gets to the host is almost guaranteed to be caused by a
 836  * missing second stage translation table entry, which can mean that either the
 837  * guest simply needs more memory and we must allocate an appropriate page or it
 838  * can mean that the guest tried to access I/O memory, which is emulated by user
 839  * space. The distinction is based on the IPA causing the fault and whether this
 840  * memory region has been registered as standard RAM by user space.
 841  */
 842 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_run *run)
 843 {
 844         unsigned long fault_status;
 845         phys_addr_t fault_ipa;
 846         struct kvm_memory_slot *memslot;
 847         bool is_iabt;
 848         gfn_t gfn;
 849         int ret, idx;
 850
 851         is_iabt = kvm_vcpu_trap_is_iabt(vcpu);
 852         fault_ipa = kvm_vcpu_get_fault_ipa(vcpu);
 853
 854         trace_kvm_guest_fault(*vcpu_pc(vcpu), kvm_vcpu_get_hsr(vcpu),
 855                               kvm_vcpu_get_hfar(vcpu), fault_ipa);
 856
 857         /* Check the stage-2 fault is trans. fault or write fault */
 858         fault_status = kvm_vcpu_trap_get_fault(vcpu);
 859         if (fault_status != FSC_FAULT && fault_status != FSC_PERM) {
 860                 kvm_err("Unsupported fault status: EC=%#x DFCS=%#lx\n",
 861                         kvm_vcpu_trap_get_class(vcpu), fault_status);
 862                 return -EFAULT;
 863         }
 864
 865         idx = srcu_read_lock(&vcpu->kvm->srcu);
 866
 867         gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
 868         if (!kvm_is_visible_gfn(vcpu->kvm, gfn)) {
 869                 if (is_iabt) {
 870                         /* Prefetch Abort on I/O address */
 871                         kvm_inject_pabt(vcpu, kvm_vcpu_get_hfar(vcpu));
 872                         ret = 1;
 873                         goto out_unlock;
 874                 }
 875
 876                 if (fault_status != FSC_FAULT) {
 877                         kvm_err("Unsupported fault status on io memory: %#lx\n",
 878                                 fault_status);
 879                         ret = -EFAULT;
 880                         goto out_unlock;
 881                 }
 882
 883                 /*
 884                  * The IPA is reported as [MAX:12], so we need to
 885                  * complement it with the bottom 12 bits from the
 886                  * faulting VA. This is always 12 bits, irrespective
 887                  * of the page size.
 888                  */
 889                 fault_ipa |= kvm_vcpu_get_hfar(vcpu) & ((1 << 12) - 1);
 890                 ret = io_mem_abort(vcpu, run, fault_ipa);
 891                 goto out_unlock;
 892         }
 893
 894         memslot = gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gfn);
 895
 896         ret = user_mem_abort(vcpu, fault_ipa, memslot, fault_status);
 897         if (ret == 0)
 898                 ret = 1;
 899 out_unlock:
 900         srcu_read_unlock(&vcpu->kvm->srcu, idx);
 901         return ret;
 902 }
 903
 904 static void handle_hva_to_gpa(struct kvm *kvm,
 905                               unsigned long start,
 906                               unsigned long end,
 907                               void (*handler)(struct kvm *kvm,
 908                                               gpa_t gpa, void *data),
 909                               void *data)
 910 {
 911         struct kvm_memslots *slots;
 912         struct kvm_memory_slot *memslot;
 913
 914         slots = kvm_memslots(kvm);
 915
 916         /* we only care about the pages that the guest sees */
 917         kvm_for_each_memslot(memslot, slots) {
 918                 unsigned long hva_start, hva_end;
 919                 gfn_t gfn, gfn_end;
 920
 921                 hva_start = max(start, memslot->userspace_addr);
 922                 hva_end = min(end, memslot->userspace_addr +
 923                                         (memslot->npages << PAGE_SHIFT));
 924                 if (hva_start >= hva_end)
 925                         continue;
 926
 927                 /*
 928                  * {gfn(page) | page intersects with [hva_start, hva_end)} =
 929                  * {gfn_start, gfn_start+1, ..., gfn_end-1}.
 930                  */
 931                 gfn = hva_to_gfn_memslot(hva_start, memslot);
 932                 gfn_end = hva_to_gfn_memslot(hva_end + PAGE_SIZE - 1, memslot);
 933
 934                 for (; gfn < gfn_end; ++gfn) {
 935                         gpa_t gpa = gfn << PAGE_SHIFT;
 936                         handler(kvm, gpa, data);
 937                 }
 938         }
 939 }
 940
 941 static void kvm_unmap_hva_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
 942 {
 943         unmap_stage2_range(kvm, gpa, PAGE_SIZE);
 944 }
 945
 946 int kvm_unmap_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva)
 947 {
 948         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
 949
 950         if (!kvm->arch.pgd)
 951                 return 0;
 952
 953         trace_kvm_unmap_hva(hva);
 954         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
 955         return 0;
 956 }
 957
 958 int kvm_unmap_hva_range(struct kvm *kvm,
 959                         unsigned long start, unsigned long end)
 960 {
 961         if (!kvm->arch.pgd)
 962                 return 0;
 963
 964         trace_kvm_unmap_hva_range(start, end);
 965         handle_hva_to_gpa(kvm, start, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
 966         return 0;
 967 }
 968
 969 static void kvm_set_spte_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
 970 {
 971         pte_t *pte = (pte_t *)data;
 972
 973         stage2_set_pte(kvm, NULL, gpa, pte, false);
 974 }
 975
 976
 977 void kvm_set_spte_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva, pte_t pte)
 978 {
 979         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
 980         pte_t stage2_pte;
 981
 982         if (!kvm->arch.pgd)
 983                 return;
 984
 985         trace_kvm_set_spte_hva(hva);
 986         stage2_pte = pfn_pte(pte_pfn(pte), PAGE_S2);
 987         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_set_spte_handler, &stage2_pte);
 988 }
 989
 990 void kvm_mmu_free_memory_caches(struct kvm_vcpu *vcpu)
 991 {
 992         mmu_free_memory_cache(&vcpu->arch.mmu_page_cache);
 993 }
 994
 995 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void)
 996 {
 997         return virt_to_phys(hyp_pgd);
 998 }
 999
1000 phys_addr_t kvm_mmu_get_boot_httbr(void)
1001 {
1002         return virt_to_phys(boot_hyp_pgd);
1003 }
1004
1005 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void)
1006 {
1007         return hyp_idmap_vector;
1008 }
1009
1010 int kvm_mmu_init(void)
1011 {
1012         int err;
1013
1014         hyp_idmap_start = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_start);
1015         hyp_idmap_end = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_end);
1016         hyp_idmap_vector = kvm_virt_to_phys(__kvm_hyp_init);
1017
1018         if ((hyp_idmap_start ^ hyp_idmap_end) & PAGE_MASK) {
1019                 /*
1020                  * Our init code is crossing a page boundary. Allocate
1021                  * a bounce page, copy the code over and use that.
1022                  */
1023                 size_t len = __hyp_idmap_text_end - __hyp_idmap_text_start;
1024                 phys_addr_t phys_base;
1025
1026                 init_bounce_page = kmalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL);
1027                 if (!init_bounce_page) {
1028                         kvm_err("Couldn't allocate HYP init bounce page\n");
1029                         err = -ENOMEM;
1030                         goto out;
1031                 }
1032
1033                 memcpy(init_bounce_page, __hyp_idmap_text_start, len);
1034                 /*
1035                  * Warning: the code we just copied to the bounce page
1036                  * must be flushed to the point of coherency.
1037                  * Otherwise, the data may be sitting in L2, and HYP
1038                  * mode won't be able to observe it as it runs with
1039                  * caches off at that point.
1040                  */
1041                 kvm_flush_dcache_to_poc(init_bounce_page, len);
1042
1043                 phys_base = kvm_virt_to_phys(init_bounce_page);
1044                 hyp_idmap_vector += phys_base - hyp_idmap_start;
1045                 hyp_idmap_start = phys_base;
1046                 hyp_idmap_end = phys_base + len;
1047
1048                 kvm_info("Using HYP init bounce page @%lx\n",
1049                          (unsigned long)phys_base);
1050         }
1051
1052         hyp_pgd = kzalloc(PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t), GFP_KERNEL);
1053         boot_hyp_pgd = kzalloc(PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t), GFP_KERNEL);
1054         if (!hyp_pgd || !boot_hyp_pgd) {
1055                 kvm_err("Hyp mode PGD not allocated\n");
1056                 err = -ENOMEM;
1057                 goto out;
1058         }
1059
1060         /* Create the idmap in the boot page tables */
1061         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
1062                                       hyp_idmap_start, hyp_idmap_end,
1063                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1064                                       PAGE_HYP);
1065
1066         if (err) {
1067                 kvm_err("Failed to idmap %lx-%lx\n",
1068                         hyp_idmap_start, hyp_idmap_end);
1069                 goto out;
1070         }
1071
1072         /* Map the very same page at the trampoline VA */
1073         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
1074                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
1075                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1076                                       PAGE_HYP);
1077         if (err) {
1078                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into boot HYP pgd\n",
1079                         TRAMPOLINE_VA);
1080                 goto out;
1081         }
1082
1083         /* Map the same page again into the runtime page tables */
1084         err =   __create_hyp_mappings(hyp_pgd,
1085                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
1086                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1087                                       PAGE_HYP);
1088         if (err) {
1089                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into runtime HYP pgd\n",
1090                         TRAMPOLINE_VA);
1091                 goto out;
1092         }
1093
1094         return 0;
1095 out:
1096         free_hyp_pgds();
1097         return err;
1098 }