Merge tag 'kvm-3.9-1' of git://git.kernel.org/pub/scm/virt/kvm/kvm
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / arch / x86 / mm / pageattr.c
1 /*
2  * Copyright 2002 Andi Kleen, SuSE Labs.
3  * Thanks to Ben LaHaise for precious feedback.
4  */
5 #include <linux/highmem.h>
6 #include <linux/bootmem.h>
7 #include <linux/module.h>
8 #include <linux/sched.h>
9 #include <linux/mm.h>
10 #include <linux/interrupt.h>
11 #include <linux/seq_file.h>
12 #include <linux/debugfs.h>
13 #include <linux/pfn.h>
14 #include <linux/percpu.h>
15 #include <linux/gfp.h>
16 #include <linux/pci.h>
17
18 #include <asm/e820.h>
19 #include <asm/processor.h>
20 #include <asm/tlbflush.h>
21 #include <asm/sections.h>
22 #include <asm/setup.h>
23 #include <asm/uaccess.h>
24 #include <asm/pgalloc.h>
25 #include <asm/proto.h>
26 #include <asm/pat.h>
27
28 /*
29  * The current flushing context - we pass it instead of 5 arguments:
30  */
31 struct cpa_data {
32         unsigned long   *vaddr;
33         pgprot_t        mask_set;
34         pgprot_t        mask_clr;
35         int             numpages;
36         int             flags;
37         unsigned long   pfn;
38         unsigned        force_split : 1;
39         int             curpage;
40         struct page     **pages;
41 };
42
43 /*
44  * Serialize cpa() (for !DEBUG_PAGEALLOC which uses large identity mappings)
45  * using cpa_lock. So that we don't allow any other cpu, with stale large tlb
46  * entries change the page attribute in parallel to some other cpu
47  * splitting a large page entry along with changing the attribute.
48  */
49 static DEFINE_SPINLOCK(cpa_lock);
50
51 #define CPA_FLUSHTLB 1
52 #define CPA_ARRAY 2
53 #define CPA_PAGES_ARRAY 4
54
55 #ifdef CONFIG_PROC_FS
56 static unsigned long direct_pages_count[PG_LEVEL_NUM];
57
58 void update_page_count(int level, unsigned long pages)
59 {
60         /* Protect against CPA */
61         spin_lock(&pgd_lock);
62         direct_pages_count[level] += pages;
63         spin_unlock(&pgd_lock);
64 }
65
66 static void split_page_count(int level)
67 {
68         direct_pages_count[level]--;
69         direct_pages_count[level - 1] += PTRS_PER_PTE;
70 }
71
72 void arch_report_meminfo(struct seq_file *m)
73 {
74         seq_printf(m, "DirectMap4k:    %8lu kB\n",
75                         direct_pages_count[PG_LEVEL_4K] << 2);
76 #if defined(CONFIG_X86_64) || defined(CONFIG_X86_PAE)
77         seq_printf(m, "DirectMap2M:    %8lu kB\n",
78                         direct_pages_count[PG_LEVEL_2M] << 11);
79 #else
80         seq_printf(m, "DirectMap4M:    %8lu kB\n",
81                         direct_pages_count[PG_LEVEL_2M] << 12);
82 #endif
83 #ifdef CONFIG_X86_64
84         if (direct_gbpages)
85                 seq_printf(m, "DirectMap1G:    %8lu kB\n",
86                         direct_pages_count[PG_LEVEL_1G] << 20);
87 #endif
88 }
89 #else
90 static inline void split_page_count(int level) { }
91 #endif
92
93 #ifdef CONFIG_X86_64
94
95 static inline unsigned long highmap_start_pfn(void)
96 {
97         return __pa_symbol(_text) >> PAGE_SHIFT;
98 }
99
100 static inline unsigned long highmap_end_pfn(void)
101 {
102         return __pa_symbol(roundup(_brk_end, PMD_SIZE)) >> PAGE_SHIFT;
103 }
104
105 #endif
106
107 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
108 # define debug_pagealloc 1
109 #else
110 # define debug_pagealloc 0
111 #endif
112
113 static inline int
114 within(unsigned long addr, unsigned long start, unsigned long end)
115 {
116         return addr >= start && addr < end;
117 }
118
119 /*
120  * Flushing functions
121  */
122
123 /**
124  * clflush_cache_range - flush a cache range with clflush
125  * @vaddr:      virtual start address
126  * @size:       number of bytes to flush
127  *
128  * clflush is an unordered instruction which needs fencing with mfence
129  * to avoid ordering issues.
130  */
131 void clflush_cache_range(void *vaddr, unsigned int size)
132 {
133         void *vend = vaddr + size - 1;
134
135         mb();
136
137         for (; vaddr < vend; vaddr += boot_cpu_data.x86_clflush_size)
138                 clflush(vaddr);
139         /*
140          * Flush any possible final partial cacheline:
141          */
142         clflush(vend);
143
144         mb();
145 }
146 EXPORT_SYMBOL_GPL(clflush_cache_range);
147
148 static void __cpa_flush_all(void *arg)
149 {
150         unsigned long cache = (unsigned long)arg;
151
152         /*
153          * Flush all to work around Errata in early athlons regarding
154          * large page flushing.
155          */
156         __flush_tlb_all();
157
158         if (cache && boot_cpu_data.x86 >= 4)
159                 wbinvd();
160 }
161
162 static void cpa_flush_all(unsigned long cache)
163 {
164         BUG_ON(irqs_disabled());
165
166         on_each_cpu(__cpa_flush_all, (void *) cache, 1);
167 }
168
169 static void __cpa_flush_range(void *arg)
170 {
171         /*
172          * We could optimize that further and do individual per page
173          * tlb invalidates for a low number of pages. Caveat: we must
174          * flush the high aliases on 64bit as well.
175          */
176         __flush_tlb_all();
177 }
178
179 static void cpa_flush_range(unsigned long start, int numpages, int cache)
180 {
181         unsigned int i, level;
182         unsigned long addr;
183
184         BUG_ON(irqs_disabled());
185         WARN_ON(PAGE_ALIGN(start) != start);
186
187         on_each_cpu(__cpa_flush_range, NULL, 1);
188
189         if (!cache)
190                 return;
191
192         /*
193          * We only need to flush on one CPU,
194          * clflush is a MESI-coherent instruction that
195          * will cause all other CPUs to flush the same
196          * cachelines:
197          */
198         for (i = 0, addr = start; i < numpages; i++, addr += PAGE_SIZE) {
199                 pte_t *pte = lookup_address(addr, &level);
200
201                 /*
202                  * Only flush present addresses:
203                  */
204                 if (pte && (pte_val(*pte) & _PAGE_PRESENT))
205                         clflush_cache_range((void *) addr, PAGE_SIZE);
206         }
207 }
208
209 static void cpa_flush_array(unsigned long *start, int numpages, int cache,
210                             int in_flags, struct page **pages)
211 {
212         unsigned int i, level;
213         unsigned long do_wbinvd = cache && numpages >= 1024; /* 4M threshold */
214
215         BUG_ON(irqs_disabled());
216
217         on_each_cpu(__cpa_flush_all, (void *) do_wbinvd, 1);
218
219         if (!cache || do_wbinvd)
220                 return;
221
222         /*
223          * We only need to flush on one CPU,
224          * clflush is a MESI-coherent instruction that
225          * will cause all other CPUs to flush the same
226          * cachelines:
227          */
228         for (i = 0; i < numpages; i++) {
229                 unsigned long addr;
230                 pte_t *pte;
231
232                 if (in_flags & CPA_PAGES_ARRAY)
233                         addr = (unsigned long)page_address(pages[i]);
234                 else
235                         addr = start[i];
236
237                 pte = lookup_address(addr, &level);
238
239                 /*
240                  * Only flush present addresses:
241                  */
242                 if (pte && (pte_val(*pte) & _PAGE_PRESENT))
243                         clflush_cache_range((void *)addr, PAGE_SIZE);
244         }
245 }
246
247 /*
248  * Certain areas of memory on x86 require very specific protection flags,
249  * for example the BIOS area or kernel text. Callers don't always get this
250  * right (again, ioremap() on BIOS memory is not uncommon) so this function
251  * checks and fixes these known static required protection bits.
252  */
253 static inline pgprot_t static_protections(pgprot_t prot, unsigned long address,
254                                    unsigned long pfn)
255 {
256         pgprot_t forbidden = __pgprot(0);
257
258         /*
259          * The BIOS area between 640k and 1Mb needs to be executable for
260          * PCI BIOS based config access (CONFIG_PCI_GOBIOS) support.
261          */
262 #ifdef CONFIG_PCI_BIOS
263         if (pcibios_enabled && within(pfn, BIOS_BEGIN >> PAGE_SHIFT, BIOS_END >> PAGE_SHIFT))
264                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_NX;
265 #endif
266
267         /*
268          * The kernel text needs to be executable for obvious reasons
269          * Does not cover __inittext since that is gone later on. On
270          * 64bit we do not enforce !NX on the low mapping
271          */
272         if (within(address, (unsigned long)_text, (unsigned long)_etext))
273                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_NX;
274
275         /*
276          * The .rodata section needs to be read-only. Using the pfn
277          * catches all aliases.
278          */
279         if (within(pfn, __pa_symbol(__start_rodata) >> PAGE_SHIFT,
280                    __pa_symbol(__end_rodata) >> PAGE_SHIFT))
281                 pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_RW;
282
283 #if defined(CONFIG_X86_64) && defined(CONFIG_DEBUG_RODATA)
284         /*
285          * Once the kernel maps the text as RO (kernel_set_to_readonly is set),
286          * kernel text mappings for the large page aligned text, rodata sections
287          * will be always read-only. For the kernel identity mappings covering
288          * the holes caused by this alignment can be anything that user asks.
289          *
290          * This will preserve the large page mappings for kernel text/data
291          * at no extra cost.
292          */
293         if (kernel_set_to_readonly &&
294             within(address, (unsigned long)_text,
295                    (unsigned long)__end_rodata_hpage_align)) {
296                 unsigned int level;
297
298                 /*
299                  * Don't enforce the !RW mapping for the kernel text mapping,
300                  * if the current mapping is already using small page mapping.
301                  * No need to work hard to preserve large page mappings in this
302                  * case.
303                  *
304                  * This also fixes the Linux Xen paravirt guest boot failure
305                  * (because of unexpected read-only mappings for kernel identity
306                  * mappings). In this paravirt guest case, the kernel text
307                  * mapping and the kernel identity mapping share the same
308                  * page-table pages. Thus we can't really use different
309                  * protections for the kernel text and identity mappings. Also,
310                  * these shared mappings are made of small page mappings.
311                  * Thus this don't enforce !RW mapping for small page kernel
312                  * text mapping logic will help Linux Xen parvirt guest boot
313                  * as well.
314                  */
315                 if (lookup_address(address, &level) && (level != PG_LEVEL_4K))
316                         pgprot_val(forbidden) |= _PAGE_RW;
317         }
318 #endif
319
320         prot = __pgprot(pgprot_val(prot) & ~pgprot_val(forbidden));
321
322         return prot;
323 }
324
325 /*
326  * Lookup the page table entry for a virtual address. Return a pointer
327  * to the entry and the level of the mapping.
328  *
329  * Note: We return pud and pmd either when the entry is marked large
330  * or when the present bit is not set. Otherwise we would return a
331  * pointer to a nonexisting mapping.
332  */
333 pte_t *lookup_address(unsigned long address, unsigned int *level)
334 {
335         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(address);
336         pud_t *pud;
337         pmd_t *pmd;
338
339         *level = PG_LEVEL_NONE;
340
341         if (pgd_none(*pgd))
342                 return NULL;
343
344         pud = pud_offset(pgd, address);
345         if (pud_none(*pud))
346                 return NULL;
347
348         *level = PG_LEVEL_1G;
349         if (pud_large(*pud) || !pud_present(*pud))
350                 return (pte_t *)pud;
351
352         pmd = pmd_offset(pud, address);
353         if (pmd_none(*pmd))
354                 return NULL;
355
356         *level = PG_LEVEL_2M;
357         if (pmd_large(*pmd) || !pmd_present(*pmd))
358                 return (pte_t *)pmd;
359
360         *level = PG_LEVEL_4K;
361
362         return pte_offset_kernel(pmd, address);
363 }
364 EXPORT_SYMBOL_GPL(lookup_address);
365
366 /*
367  * This is necessary because __pa() does not work on some
368  * kinds of memory, like vmalloc() or the alloc_remap()
369  * areas on 32-bit NUMA systems.  The percpu areas can
370  * end up in this kind of memory, for instance.
371  *
372  * This could be optimized, but it is only intended to be
373  * used at inititalization time, and keeping it
374  * unoptimized should increase the testing coverage for
375  * the more obscure platforms.
376  */
377 phys_addr_t slow_virt_to_phys(void *__virt_addr)
378 {
379         unsigned long virt_addr = (unsigned long)__virt_addr;
380         phys_addr_t phys_addr;
381         unsigned long offset;
382         enum pg_level level;
383         unsigned long psize;
384         unsigned long pmask;
385         pte_t *pte;
386
387         pte = lookup_address(virt_addr, &level);
388         BUG_ON(!pte);
389         psize = page_level_size(level);
390         pmask = page_level_mask(level);
391         offset = virt_addr & ~pmask;
392         phys_addr = pte_pfn(*pte) << PAGE_SHIFT;
393         return (phys_addr | offset);
394 }
395 EXPORT_SYMBOL_GPL(slow_virt_to_phys);
396
397 /*
398  * Set the new pmd in all the pgds we know about:
399  */
400 static void __set_pmd_pte(pte_t *kpte, unsigned long address, pte_t pte)
401 {
402         /* change init_mm */
403         set_pte_atomic(kpte, pte);
404 #ifdef CONFIG_X86_32
405         if (!SHARED_KERNEL_PMD) {
406                 struct page *page;
407
408                 list_for_each_entry(page, &pgd_list, lru) {
409                         pgd_t *pgd;
410                         pud_t *pud;
411                         pmd_t *pmd;
412
413                         pgd = (pgd_t *)page_address(page) + pgd_index(address);
414                         pud = pud_offset(pgd, address);
415                         pmd = pmd_offset(pud, address);
416                         set_pte_atomic((pte_t *)pmd, pte);
417                 }
418         }
419 #endif
420 }
421
422 static int
423 try_preserve_large_page(pte_t *kpte, unsigned long address,
424                         struct cpa_data *cpa)
425 {
426         unsigned long nextpage_addr, numpages, pmask, psize, addr, pfn;
427         pte_t new_pte, old_pte, *tmp;
428         pgprot_t old_prot, new_prot, req_prot;
429         int i, do_split = 1;
430         enum pg_level level;
431
432         if (cpa->force_split)
433                 return 1;
434
435         spin_lock(&pgd_lock);
436         /*
437          * Check for races, another CPU might have split this page
438          * up already:
439          */
440         tmp = lookup_address(address, &level);
441         if (tmp != kpte)
442                 goto out_unlock;
443
444         switch (level) {
445         case PG_LEVEL_2M:
446 #ifdef CONFIG_X86_64
447         case PG_LEVEL_1G:
448 #endif
449                 psize = page_level_size(level);
450                 pmask = page_level_mask(level);
451                 break;
452         default:
453                 do_split = -EINVAL;
454                 goto out_unlock;
455         }
456
457         /*
458          * Calculate the number of pages, which fit into this large
459          * page starting at address:
460          */
461         nextpage_addr = (address + psize) & pmask;
462         numpages = (nextpage_addr - address) >> PAGE_SHIFT;
463         if (numpages < cpa->numpages)
464                 cpa->numpages = numpages;
465
466         /*
467          * We are safe now. Check whether the new pgprot is the same:
468          */
469         old_pte = *kpte;
470         old_prot = new_prot = req_prot = pte_pgprot(old_pte);
471
472         pgprot_val(req_prot) &= ~pgprot_val(cpa->mask_clr);
473         pgprot_val(req_prot) |= pgprot_val(cpa->mask_set);
474
475         /*
476          * old_pte points to the large page base address. So we need
477          * to add the offset of the virtual address:
478          */
479         pfn = pte_pfn(old_pte) + ((address & (psize - 1)) >> PAGE_SHIFT);
480         cpa->pfn = pfn;
481
482         new_prot = static_protections(req_prot, address, pfn);
483
484         /*
485          * We need to check the full range, whether
486          * static_protection() requires a different pgprot for one of
487          * the pages in the range we try to preserve:
488          */
489         addr = address & pmask;
490         pfn = pte_pfn(old_pte);
491         for (i = 0; i < (psize >> PAGE_SHIFT); i++, addr += PAGE_SIZE, pfn++) {
492                 pgprot_t chk_prot = static_protections(req_prot, addr, pfn);
493
494                 if (pgprot_val(chk_prot) != pgprot_val(new_prot))
495                         goto out_unlock;
496         }
497
498         /*
499          * If there are no changes, return. maxpages has been updated
500          * above:
501          */
502         if (pgprot_val(new_prot) == pgprot_val(old_prot)) {
503                 do_split = 0;
504                 goto out_unlock;
505         }
506
507         /*
508          * We need to change the attributes. Check, whether we can
509          * change the large page in one go. We request a split, when
510          * the address is not aligned and the number of pages is
511          * smaller than the number of pages in the large page. Note
512          * that we limited the number of possible pages already to
513          * the number of pages in the large page.
514          */
515         if (address == (address & pmask) && cpa->numpages == (psize >> PAGE_SHIFT)) {
516                 /*
517                  * The address is aligned and the number of pages
518                  * covers the full page.
519                  */
520                 new_pte = pfn_pte(pte_pfn(old_pte), canon_pgprot(new_prot));
521                 __set_pmd_pte(kpte, address, new_pte);
522                 cpa->flags |= CPA_FLUSHTLB;
523                 do_split = 0;
524         }
525
526 out_unlock:
527         spin_unlock(&pgd_lock);
528
529         return do_split;
530 }
531
532 int __split_large_page(pte_t *kpte, unsigned long address, pte_t *pbase)
533 {
534         unsigned long pfn, pfninc = 1;
535         unsigned int i, level;
536         pte_t *tmp;
537         pgprot_t ref_prot;
538         struct page *base = virt_to_page(pbase);
539
540         spin_lock(&pgd_lock);
541         /*
542          * Check for races, another CPU might have split this page
543          * up for us already:
544          */
545         tmp = lookup_address(address, &level);
546         if (tmp != kpte) {
547                 spin_unlock(&pgd_lock);
548                 return 1;
549         }
550
551         paravirt_alloc_pte(&init_mm, page_to_pfn(base));
552         ref_prot = pte_pgprot(pte_clrhuge(*kpte));
553         /*
554          * If we ever want to utilize the PAT bit, we need to
555          * update this function to make sure it's converted from
556          * bit 12 to bit 7 when we cross from the 2MB level to
557          * the 4K level:
558          */
559         WARN_ON_ONCE(pgprot_val(ref_prot) & _PAGE_PAT_LARGE);
560
561 #ifdef CONFIG_X86_64
562         if (level == PG_LEVEL_1G) {
563                 pfninc = PMD_PAGE_SIZE >> PAGE_SHIFT;
564                 pgprot_val(ref_prot) |= _PAGE_PSE;
565         }
566 #endif
567
568         /*
569          * Get the target pfn from the original entry:
570          */
571         pfn = pte_pfn(*kpte);
572         for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE; i++, pfn += pfninc)
573                 set_pte(&pbase[i], pfn_pte(pfn, ref_prot));
574
575         if (pfn_range_is_mapped(PFN_DOWN(__pa(address)),
576                                 PFN_DOWN(__pa(address)) + 1))
577                 split_page_count(level);
578
579         /*
580          * Install the new, split up pagetable.
581          *
582          * We use the standard kernel pagetable protections for the new
583          * pagetable protections, the actual ptes set above control the
584          * primary protection behavior:
585          */
586         __set_pmd_pte(kpte, address, mk_pte(base, __pgprot(_KERNPG_TABLE)));
587
588         /*
589          * Intel Atom errata AAH41 workaround.
590          *
591          * The real fix should be in hw or in a microcode update, but
592          * we also probabilistically try to reduce the window of having
593          * a large TLB mixed with 4K TLBs while instruction fetches are
594          * going on.
595          */
596         __flush_tlb_all();
597         spin_unlock(&pgd_lock);
598
599         return 0;
600 }
601
602 static int split_large_page(pte_t *kpte, unsigned long address)
603 {
604         pte_t *pbase;
605         struct page *base;
606
607         if (!debug_pagealloc)
608                 spin_unlock(&cpa_lock);
609         base = alloc_pages(GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK, 0);
610         if (!debug_pagealloc)
611                 spin_lock(&cpa_lock);
612         if (!base)
613                 return -ENOMEM;
614
615         pbase = (pte_t *)page_address(base);
616         if (__split_large_page(kpte, address, pbase))
617                 __free_page(base);
618
619         return 0;
620 }
621
622 static int __cpa_process_fault(struct cpa_data *cpa, unsigned long vaddr,
623                                int primary)
624 {
625         /*
626          * Ignore all non primary paths.
627          */
628         if (!primary)
629                 return 0;
630
631         /*
632          * Ignore the NULL PTE for kernel identity mapping, as it is expected
633          * to have holes.
634          * Also set numpages to '1' indicating that we processed cpa req for
635          * one virtual address page and its pfn. TBD: numpages can be set based
636          * on the initial value and the level returned by lookup_address().
637          */
638         if (within(vaddr, PAGE_OFFSET,
639                    PAGE_OFFSET + (max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT))) {
640                 cpa->numpages = 1;
641                 cpa->pfn = __pa(vaddr) >> PAGE_SHIFT;
642                 return 0;
643         } else {
644                 WARN(1, KERN_WARNING "CPA: called for zero pte. "
645                         "vaddr = %lx cpa->vaddr = %lx\n", vaddr,
646                         *cpa->vaddr);
647
648                 return -EFAULT;
649         }
650 }
651
652 static int __change_page_attr(struct cpa_data *cpa, int primary)
653 {
654         unsigned long address;
655         int do_split, err;
656         unsigned int level;
657         pte_t *kpte, old_pte;
658
659         if (cpa->flags & CPA_PAGES_ARRAY) {
660                 struct page *page = cpa->pages[cpa->curpage];
661                 if (unlikely(PageHighMem(page)))
662                         return 0;
663                 address = (unsigned long)page_address(page);
664         } else if (cpa->flags & CPA_ARRAY)
665                 address = cpa->vaddr[cpa->curpage];
666         else
667                 address = *cpa->vaddr;
668 repeat:
669         kpte = lookup_address(address, &level);
670         if (!kpte)
671                 return __cpa_process_fault(cpa, address, primary);
672
673         old_pte = *kpte;
674         if (!pte_val(old_pte))
675                 return __cpa_process_fault(cpa, address, primary);
676
677         if (level == PG_LEVEL_4K) {
678                 pte_t new_pte;
679                 pgprot_t new_prot = pte_pgprot(old_pte);
680                 unsigned long pfn = pte_pfn(old_pte);
681
682                 pgprot_val(new_prot) &= ~pgprot_val(cpa->mask_clr);
683                 pgprot_val(new_prot) |= pgprot_val(cpa->mask_set);
684
685                 new_prot = static_protections(new_prot, address, pfn);
686
687                 /*
688                  * We need to keep the pfn from the existing PTE,
689                  * after all we're only going to change it's attributes
690                  * not the memory it points to
691                  */
692                 new_pte = pfn_pte(pfn, canon_pgprot(new_prot));
693                 cpa->pfn = pfn;
694                 /*
695                  * Do we really change anything ?
696                  */
697                 if (pte_val(old_pte) != pte_val(new_pte)) {
698                         set_pte_atomic(kpte, new_pte);
699                         cpa->flags |= CPA_FLUSHTLB;
700                 }
701                 cpa->numpages = 1;
702                 return 0;
703         }
704
705         /*
706          * Check, whether we can keep the large page intact
707          * and just change the pte:
708          */
709         do_split = try_preserve_large_page(kpte, address, cpa);
710         /*
711          * When the range fits into the existing large page,
712          * return. cp->numpages and cpa->tlbflush have been updated in
713          * try_large_page:
714          */
715         if (do_split <= 0)
716                 return do_split;
717
718         /*
719          * We have to split the large page:
720          */
721         err = split_large_page(kpte, address);
722         if (!err) {
723                 /*
724                  * Do a global flush tlb after splitting the large page
725                  * and before we do the actual change page attribute in the PTE.
726                  *
727                  * With out this, we violate the TLB application note, that says
728                  * "The TLBs may contain both ordinary and large-page
729                  *  translations for a 4-KByte range of linear addresses. This
730                  *  may occur if software modifies the paging structures so that
731                  *  the page size used for the address range changes. If the two
732                  *  translations differ with respect to page frame or attributes
733                  *  (e.g., permissions), processor behavior is undefined and may
734                  *  be implementation-specific."
735                  *
736                  * We do this global tlb flush inside the cpa_lock, so that we
737                  * don't allow any other cpu, with stale tlb entries change the
738                  * page attribute in parallel, that also falls into the
739                  * just split large page entry.
740                  */
741                 flush_tlb_all();
742                 goto repeat;
743         }
744
745         return err;
746 }
747
748 static int __change_page_attr_set_clr(struct cpa_data *cpa, int checkalias);
749
750 static int cpa_process_alias(struct cpa_data *cpa)
751 {
752         struct cpa_data alias_cpa;
753         unsigned long laddr = (unsigned long)__va(cpa->pfn << PAGE_SHIFT);
754         unsigned long vaddr;
755         int ret;
756
757         if (!pfn_range_is_mapped(cpa->pfn, cpa->pfn + 1))
758                 return 0;
759
760         /*
761          * No need to redo, when the primary call touched the direct
762          * mapping already:
763          */
764         if (cpa->flags & CPA_PAGES_ARRAY) {
765                 struct page *page = cpa->pages[cpa->curpage];
766                 if (unlikely(PageHighMem(page)))
767                         return 0;
768                 vaddr = (unsigned long)page_address(page);
769         } else if (cpa->flags & CPA_ARRAY)
770                 vaddr = cpa->vaddr[cpa->curpage];
771         else
772                 vaddr = *cpa->vaddr;
773
774         if (!(within(vaddr, PAGE_OFFSET,
775                     PAGE_OFFSET + (max_pfn_mapped << PAGE_SHIFT)))) {
776
777                 alias_cpa = *cpa;
778                 alias_cpa.vaddr = &laddr;
779                 alias_cpa.flags &= ~(CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY);
780
781                 ret = __change_page_attr_set_clr(&alias_cpa, 0);
782                 if (ret)
783                         return ret;
784         }
785
786 #ifdef CONFIG_X86_64
787         /*
788          * If the primary call didn't touch the high mapping already
789          * and the physical address is inside the kernel map, we need
790          * to touch the high mapped kernel as well:
791          */
792         if (!within(vaddr, (unsigned long)_text, _brk_end) &&
793             within(cpa->pfn, highmap_start_pfn(), highmap_end_pfn())) {
794                 unsigned long temp_cpa_vaddr = (cpa->pfn << PAGE_SHIFT) +
795                                                __START_KERNEL_map - phys_base;
796                 alias_cpa = *cpa;
797                 alias_cpa.vaddr = &temp_cpa_vaddr;
798                 alias_cpa.flags &= ~(CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY);
799
800                 /*
801                  * The high mapping range is imprecise, so ignore the
802                  * return value.
803                  */
804                 __change_page_attr_set_clr(&alias_cpa, 0);
805         }
806 #endif
807
808         return 0;
809 }
810
811 static int __change_page_attr_set_clr(struct cpa_data *cpa, int checkalias)
812 {
813         int ret, numpages = cpa->numpages;
814
815         while (numpages) {
816                 /*
817                  * Store the remaining nr of pages for the large page
818                  * preservation check.
819                  */
820                 cpa->numpages = numpages;
821                 /* for array changes, we can't use large page */
822                 if (cpa->flags & (CPA_ARRAY | CPA_PAGES_ARRAY))
823                         cpa->numpages = 1;
824
825                 if (!debug_pagealloc)
826                         spin_lock(&cpa_lock);
827                 ret = __change_page_attr(cpa, checkalias);
828                 if (!debug_pagealloc)
829                         spin_unlock(&cpa_lock);
830                 if (ret)
831                         return ret;
832
833                 if (checkalias) {
834                         ret = cpa_process_alias(cpa);
835                         if (ret)
836                                 return ret;
837                 }
838
839                 /*
840                  * Adjust the number of pages with the result of the
841                  * CPA operation. Either a large page has been
842                  * preserved or a single page update happened.
843                  */
844                 BUG_ON(cpa->numpages > numpages);
845                 numpages -= cpa->numpages;
846                 if (cpa->flags & (CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY))
847                         cpa->curpage++;
848                 else
849                         *cpa->vaddr += cpa->numpages * PAGE_SIZE;
850
851         }
852         return 0;
853 }
854
855 static inline int cache_attr(pgprot_t attr)
856 {
857         return pgprot_val(attr) &
858                 (_PAGE_PAT | _PAGE_PAT_LARGE | _PAGE_PWT | _PAGE_PCD);
859 }
860
861 static int change_page_attr_set_clr(unsigned long *addr, int numpages,
862                                     pgprot_t mask_set, pgprot_t mask_clr,
863                                     int force_split, int in_flag,
864                                     struct page **pages)
865 {
866         struct cpa_data cpa;
867         int ret, cache, checkalias;
868         unsigned long baddr = 0;
869
870         /*
871          * Check, if we are requested to change a not supported
872          * feature:
873          */
874         mask_set = canon_pgprot(mask_set);
875         mask_clr = canon_pgprot(mask_clr);
876         if (!pgprot_val(mask_set) && !pgprot_val(mask_clr) && !force_split)
877                 return 0;
878
879         /* Ensure we are PAGE_SIZE aligned */
880         if (in_flag & CPA_ARRAY) {
881                 int i;
882                 for (i = 0; i < numpages; i++) {
883                         if (addr[i] & ~PAGE_MASK) {
884                                 addr[i] &= PAGE_MASK;
885                                 WARN_ON_ONCE(1);
886                         }
887                 }
888         } else if (!(in_flag & CPA_PAGES_ARRAY)) {
889                 /*
890                  * in_flag of CPA_PAGES_ARRAY implies it is aligned.
891                  * No need to cehck in that case
892                  */
893                 if (*addr & ~PAGE_MASK) {
894                         *addr &= PAGE_MASK;
895                         /*
896                          * People should not be passing in unaligned addresses:
897                          */
898                         WARN_ON_ONCE(1);
899                 }
900                 /*
901                  * Save address for cache flush. *addr is modified in the call
902                  * to __change_page_attr_set_clr() below.
903                  */
904                 baddr = *addr;
905         }
906
907         /* Must avoid aliasing mappings in the highmem code */
908         kmap_flush_unused();
909
910         vm_unmap_aliases();
911
912         cpa.vaddr = addr;
913         cpa.pages = pages;
914         cpa.numpages = numpages;
915         cpa.mask_set = mask_set;
916         cpa.mask_clr = mask_clr;
917         cpa.flags = 0;
918         cpa.curpage = 0;
919         cpa.force_split = force_split;
920
921         if (in_flag & (CPA_ARRAY | CPA_PAGES_ARRAY))
922                 cpa.flags |= in_flag;
923
924         /* No alias checking for _NX bit modifications */
925         checkalias = (pgprot_val(mask_set) | pgprot_val(mask_clr)) != _PAGE_NX;
926
927         ret = __change_page_attr_set_clr(&cpa, checkalias);
928
929         /*
930          * Check whether we really changed something:
931          */
932         if (!(cpa.flags & CPA_FLUSHTLB))
933                 goto out;
934
935         /*
936          * No need to flush, when we did not set any of the caching
937          * attributes:
938          */
939         cache = cache_attr(mask_set);
940
941         /*
942          * On success we use clflush, when the CPU supports it to
943          * avoid the wbindv. If the CPU does not support it and in the
944          * error case we fall back to cpa_flush_all (which uses
945          * wbindv):
946          */
947         if (!ret && cpu_has_clflush) {
948                 if (cpa.flags & (CPA_PAGES_ARRAY | CPA_ARRAY)) {
949                         cpa_flush_array(addr, numpages, cache,
950                                         cpa.flags, pages);
951                 } else
952                         cpa_flush_range(baddr, numpages, cache);
953         } else
954                 cpa_flush_all(cache);
955
956 out:
957         return ret;
958 }
959
960 static inline int change_page_attr_set(unsigned long *addr, int numpages,
961                                        pgprot_t mask, int array)
962 {
963         return change_page_attr_set_clr(addr, numpages, mask, __pgprot(0), 0,
964                 (array ? CPA_ARRAY : 0), NULL);
965 }
966
967 static inline int change_page_attr_clear(unsigned long *addr, int numpages,
968                                          pgprot_t mask, int array)
969 {
970         return change_page_attr_set_clr(addr, numpages, __pgprot(0), mask, 0,
971                 (array ? CPA_ARRAY : 0), NULL);
972 }
973
974 static inline int cpa_set_pages_array(struct page **pages, int numpages,
975                                        pgprot_t mask)
976 {
977         return change_page_attr_set_clr(NULL, numpages, mask, __pgprot(0), 0,
978                 CPA_PAGES_ARRAY, pages);
979 }
980
981 static inline int cpa_clear_pages_array(struct page **pages, int numpages,
982                                          pgprot_t mask)
983 {
984         return change_page_attr_set_clr(NULL, numpages, __pgprot(0), mask, 0,
985                 CPA_PAGES_ARRAY, pages);
986 }
987
988 int _set_memory_uc(unsigned long addr, int numpages)
989 {
990         /*
991          * for now UC MINUS. see comments in ioremap_nocache()
992          */
993         return change_page_attr_set(&addr, numpages,
994                                     __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS), 0);
995 }
996
997 int set_memory_uc(unsigned long addr, int numpages)
998 {
999         int ret;
1000
1001         /*
1002          * for now UC MINUS. see comments in ioremap_nocache()
1003          */
1004         ret = reserve_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE,
1005                             _PAGE_CACHE_UC_MINUS, NULL);
1006         if (ret)
1007                 goto out_err;
1008
1009         ret = _set_memory_uc(addr, numpages);
1010         if (ret)
1011                 goto out_free;
1012
1013         return 0;
1014
1015 out_free:
1016         free_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE);
1017 out_err:
1018         return ret;
1019 }
1020 EXPORT_SYMBOL(set_memory_uc);
1021
1022 static int _set_memory_array(unsigned long *addr, int addrinarray,
1023                 unsigned long new_type)
1024 {
1025         int i, j;
1026         int ret;
1027
1028         /*
1029          * for now UC MINUS. see comments in ioremap_nocache()
1030          */
1031         for (i = 0; i < addrinarray; i++) {
1032                 ret = reserve_memtype(__pa(addr[i]), __pa(addr[i]) + PAGE_SIZE,
1033                                         new_type, NULL);
1034                 if (ret)
1035                         goto out_free;
1036         }
1037
1038         ret = change_page_attr_set(addr, addrinarray,
1039                                     __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS), 1);
1040
1041         if (!ret && new_type == _PAGE_CACHE_WC)
1042                 ret = change_page_attr_set_clr(addr, addrinarray,
1043                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_WC),
1044                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK),
1045                                                0, CPA_ARRAY, NULL);
1046         if (ret)
1047                 goto out_free;
1048
1049         return 0;
1050
1051 out_free:
1052         for (j = 0; j < i; j++)
1053                 free_memtype(__pa(addr[j]), __pa(addr[j]) + PAGE_SIZE);
1054
1055         return ret;
1056 }
1057
1058 int set_memory_array_uc(unsigned long *addr, int addrinarray)
1059 {
1060         return _set_memory_array(addr, addrinarray, _PAGE_CACHE_UC_MINUS);
1061 }
1062 EXPORT_SYMBOL(set_memory_array_uc);
1063
1064 int set_memory_array_wc(unsigned long *addr, int addrinarray)
1065 {
1066         return _set_memory_array(addr, addrinarray, _PAGE_CACHE_WC);
1067 }
1068 EXPORT_SYMBOL(set_memory_array_wc);
1069
1070 int _set_memory_wc(unsigned long addr, int numpages)
1071 {
1072         int ret;
1073         unsigned long addr_copy = addr;
1074
1075         ret = change_page_attr_set(&addr, numpages,
1076                                     __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS), 0);
1077         if (!ret) {
1078                 ret = change_page_attr_set_clr(&addr_copy, numpages,
1079                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_WC),
1080                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK),
1081                                                0, 0, NULL);
1082         }
1083         return ret;
1084 }
1085
1086 int set_memory_wc(unsigned long addr, int numpages)
1087 {
1088         int ret;
1089
1090         if (!pat_enabled)
1091                 return set_memory_uc(addr, numpages);
1092
1093         ret = reserve_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE,
1094                 _PAGE_CACHE_WC, NULL);
1095         if (ret)
1096                 goto out_err;
1097
1098         ret = _set_memory_wc(addr, numpages);
1099         if (ret)
1100                 goto out_free;
1101
1102         return 0;
1103
1104 out_free:
1105         free_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE);
1106 out_err:
1107         return ret;
1108 }
1109 EXPORT_SYMBOL(set_memory_wc);
1110
1111 int _set_memory_wb(unsigned long addr, int numpages)
1112 {
1113         return change_page_attr_clear(&addr, numpages,
1114                                       __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK), 0);
1115 }
1116
1117 int set_memory_wb(unsigned long addr, int numpages)
1118 {
1119         int ret;
1120
1121         ret = _set_memory_wb(addr, numpages);
1122         if (ret)
1123                 return ret;
1124
1125         free_memtype(__pa(addr), __pa(addr) + numpages * PAGE_SIZE);
1126         return 0;
1127 }
1128 EXPORT_SYMBOL(set_memory_wb);
1129
1130 int set_memory_array_wb(unsigned long *addr, int addrinarray)
1131 {
1132         int i;
1133         int ret;
1134
1135         ret = change_page_attr_clear(addr, addrinarray,
1136                                       __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK), 1);
1137         if (ret)
1138                 return ret;
1139
1140         for (i = 0; i < addrinarray; i++)
1141                 free_memtype(__pa(addr[i]), __pa(addr[i]) + PAGE_SIZE);
1142
1143         return 0;
1144 }
1145 EXPORT_SYMBOL(set_memory_array_wb);
1146
1147 int set_memory_x(unsigned long addr, int numpages)
1148 {
1149         if (!(__supported_pte_mask & _PAGE_NX))
1150                 return 0;
1151
1152         return change_page_attr_clear(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_NX), 0);
1153 }
1154 EXPORT_SYMBOL(set_memory_x);
1155
1156 int set_memory_nx(unsigned long addr, int numpages)
1157 {
1158         if (!(__supported_pte_mask & _PAGE_NX))
1159                 return 0;
1160
1161         return change_page_attr_set(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_NX), 0);
1162 }
1163 EXPORT_SYMBOL(set_memory_nx);
1164
1165 int set_memory_ro(unsigned long addr, int numpages)
1166 {
1167         return change_page_attr_clear(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_RW), 0);
1168 }
1169 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_memory_ro);
1170
1171 int set_memory_rw(unsigned long addr, int numpages)
1172 {
1173         return change_page_attr_set(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_RW), 0);
1174 }
1175 EXPORT_SYMBOL_GPL(set_memory_rw);
1176
1177 int set_memory_np(unsigned long addr, int numpages)
1178 {
1179         return change_page_attr_clear(&addr, numpages, __pgprot(_PAGE_PRESENT), 0);
1180 }
1181
1182 int set_memory_4k(unsigned long addr, int numpages)
1183 {
1184         return change_page_attr_set_clr(&addr, numpages, __pgprot(0),
1185                                         __pgprot(0), 1, 0, NULL);
1186 }
1187
1188 int set_pages_uc(struct page *page, int numpages)
1189 {
1190         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1191
1192         return set_memory_uc(addr, numpages);
1193 }
1194 EXPORT_SYMBOL(set_pages_uc);
1195
1196 static int _set_pages_array(struct page **pages, int addrinarray,
1197                 unsigned long new_type)
1198 {
1199         unsigned long start;
1200         unsigned long end;
1201         int i;
1202         int free_idx;
1203         int ret;
1204
1205         for (i = 0; i < addrinarray; i++) {
1206                 if (PageHighMem(pages[i]))
1207                         continue;
1208                 start = page_to_pfn(pages[i]) << PAGE_SHIFT;
1209                 end = start + PAGE_SIZE;
1210                 if (reserve_memtype(start, end, new_type, NULL))
1211                         goto err_out;
1212         }
1213
1214         ret = cpa_set_pages_array(pages, addrinarray,
1215                         __pgprot(_PAGE_CACHE_UC_MINUS));
1216         if (!ret && new_type == _PAGE_CACHE_WC)
1217                 ret = change_page_attr_set_clr(NULL, addrinarray,
1218                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_WC),
1219                                                __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK),
1220                                                0, CPA_PAGES_ARRAY, pages);
1221         if (ret)
1222                 goto err_out;
1223         return 0; /* Success */
1224 err_out:
1225         free_idx = i;
1226         for (i = 0; i < free_idx; i++) {
1227                 if (PageHighMem(pages[i]))
1228                         continue;
1229                 start = page_to_pfn(pages[i]) << PAGE_SHIFT;
1230                 end = start + PAGE_SIZE;
1231                 free_memtype(start, end);
1232         }
1233         return -EINVAL;
1234 }
1235
1236 int set_pages_array_uc(struct page **pages, int addrinarray)
1237 {
1238         return _set_pages_array(pages, addrinarray, _PAGE_CACHE_UC_MINUS);
1239 }
1240 EXPORT_SYMBOL(set_pages_array_uc);
1241
1242 int set_pages_array_wc(struct page **pages, int addrinarray)
1243 {
1244         return _set_pages_array(pages, addrinarray, _PAGE_CACHE_WC);
1245 }
1246 EXPORT_SYMBOL(set_pages_array_wc);
1247
1248 int set_pages_wb(struct page *page, int numpages)
1249 {
1250         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1251
1252         return set_memory_wb(addr, numpages);
1253 }
1254 EXPORT_SYMBOL(set_pages_wb);
1255
1256 int set_pages_array_wb(struct page **pages, int addrinarray)
1257 {
1258         int retval;
1259         unsigned long start;
1260         unsigned long end;
1261         int i;
1262
1263         retval = cpa_clear_pages_array(pages, addrinarray,
1264                         __pgprot(_PAGE_CACHE_MASK));
1265         if (retval)
1266                 return retval;
1267
1268         for (i = 0; i < addrinarray; i++) {
1269                 if (PageHighMem(pages[i]))
1270                         continue;
1271                 start = page_to_pfn(pages[i]) << PAGE_SHIFT;
1272                 end = start + PAGE_SIZE;
1273                 free_memtype(start, end);
1274         }
1275
1276         return 0;
1277 }
1278 EXPORT_SYMBOL(set_pages_array_wb);
1279
1280 int set_pages_x(struct page *page, int numpages)
1281 {
1282         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1283
1284         return set_memory_x(addr, numpages);
1285 }
1286 EXPORT_SYMBOL(set_pages_x);
1287
1288 int set_pages_nx(struct page *page, int numpages)
1289 {
1290         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1291
1292         return set_memory_nx(addr, numpages);
1293 }
1294 EXPORT_SYMBOL(set_pages_nx);
1295
1296 int set_pages_ro(struct page *page, int numpages)
1297 {
1298         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1299
1300         return set_memory_ro(addr, numpages);
1301 }
1302
1303 int set_pages_rw(struct page *page, int numpages)
1304 {
1305         unsigned long addr = (unsigned long)page_address(page);
1306
1307         return set_memory_rw(addr, numpages);
1308 }
1309
1310 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1311
1312 static int __set_pages_p(struct page *page, int numpages)
1313 {
1314         unsigned long tempaddr = (unsigned long) page_address(page);
1315         struct cpa_data cpa = { .vaddr = &tempaddr,
1316                                 .numpages = numpages,
1317                                 .mask_set = __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW),
1318                                 .mask_clr = __pgprot(0),
1319                                 .flags = 0};
1320
1321         /*
1322          * No alias checking needed for setting present flag. otherwise,
1323          * we may need to break large pages for 64-bit kernel text
1324          * mappings (this adds to complexity if we want to do this from
1325          * atomic context especially). Let's keep it simple!
1326          */
1327         return __change_page_attr_set_clr(&cpa, 0);
1328 }
1329
1330 static int __set_pages_np(struct page *page, int numpages)
1331 {
1332         unsigned long tempaddr = (unsigned long) page_address(page);
1333         struct cpa_data cpa = { .vaddr = &tempaddr,
1334                                 .numpages = numpages,
1335                                 .mask_set = __pgprot(0),
1336                                 .mask_clr = __pgprot(_PAGE_PRESENT | _PAGE_RW),
1337                                 .flags = 0};
1338
1339         /*
1340          * No alias checking needed for setting not present flag. otherwise,
1341          * we may need to break large pages for 64-bit kernel text
1342          * mappings (this adds to complexity if we want to do this from
1343          * atomic context especially). Let's keep it simple!
1344          */
1345         return __change_page_attr_set_clr(&cpa, 0);
1346 }
1347
1348 void kernel_map_pages(struct page *page, int numpages, int enable)
1349 {
1350         if (PageHighMem(page))
1351                 return;
1352         if (!enable) {
1353                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1354                                            numpages * PAGE_SIZE);
1355         }
1356
1357         /*
1358          * The return value is ignored as the calls cannot fail.
1359          * Large pages for identity mappings are not used at boot time
1360          * and hence no memory allocations during large page split.
1361          */
1362         if (enable)
1363                 __set_pages_p(page, numpages);
1364         else
1365                 __set_pages_np(page, numpages);
1366
1367         /*
1368          * We should perform an IPI and flush all tlbs,
1369          * but that can deadlock->flush only current cpu:
1370          */
1371         __flush_tlb_all();
1372 }
1373
1374 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1375
1376 bool kernel_page_present(struct page *page)
1377 {
1378         unsigned int level;
1379         pte_t *pte;
1380
1381         if (PageHighMem(page))
1382                 return false;
1383
1384         pte = lookup_address((unsigned long)page_address(page), &level);
1385         return (pte_val(*pte) & _PAGE_PRESENT);
1386 }
1387
1388 #endif /* CONFIG_HIBERNATION */
1389
1390 #endif /* CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC */
1391
1392 /*
1393  * The testcases use internal knowledge of the implementation that shouldn't
1394  * be exposed to the rest of the kernel. Include these directly here.
1395  */
1396 #ifdef CONFIG_CPA_DEBUG
1397 #include "pageattr-test.c"
1398 #endif