arch/x86/mm/pat.c

   1 /*
   2  * Handle caching attributes in page tables (PAT)
   3  *
   4  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   5  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
   6  *
   7  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
   8  */
   9
  10 #include <linux/seq_file.h>
  11 #include <linux/bootmem.h>
  12 #include <linux/debugfs.h>
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/mm.h>
  17 #include <linux/fs.h>
  18 #include <linux/rbtree.h>
  19
  20 #include <asm/cacheflush.h>
  21 #include <asm/processor.h>
  22 #include <asm/tlbflush.h>
  23 #include <asm/x86_init.h>
  24 #include <asm/pgtable.h>
  25 #include <asm/fcntl.h>
  26 #include <asm/e820.h>
  27 #include <asm/mtrr.h>
  28 #include <asm/page.h>
  29 #include <asm/msr.h>
  30 #include <asm/pat.h>
  31 #include <asm/io.h>
  32
  33 #include "pat_internal.h"
  34 #include "mm_internal.h"
  35
  36 #undef pr_fmt
  37 #define pr_fmt(fmt) "" fmt
  38
  39 static bool boot_cpu_done;
  40
  41 static int __read_mostly __pat_enabled = IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAT);
  42
  43 static inline void pat_disable(const char *reason)
  44 {
  45         __pat_enabled = 0;
  46         pr_info("x86/PAT: %s\n", reason);
  47 }
  48
  49 static int __init nopat(char *str)
  50 {
  51         pat_disable("PAT support disabled.");
  52         return 0;
  53 }
  54 early_param("nopat", nopat);
  55
  56 bool pat_enabled(void)
  57 {
  58         return !!__pat_enabled;
  59 }
  60 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_enabled);
  61
  62 int pat_debug_enable;
  63
  64 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  65 {
  66         pat_debug_enable = 1;
  67         return 0;
  68 }
  69 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  70
  71 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  72 /*
  73  * X86 PAT uses page flags WC and Uncached together to keep track of
  74  * memory type of pages that have backing page struct. X86 PAT supports 3
  75  * different memory types, _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC and
  76  * _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS and fourth state where page's memory type has not
  77  * been changed from its default (value of -1 used to denote this).
  78  * Note we do not support _PAGE_CACHE_MODE_UC here.
  79  */
  80
  81 #define _PGMT_DEFAULT           0
  82 #define _PGMT_WC                (1UL << PG_arch_1)
  83 #define _PGMT_UC_MINUS          (1UL << PG_uncached)
  84 #define _PGMT_WB                (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
  85 #define _PGMT_MASK              (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
  86 #define _PGMT_CLEAR_MASK        (~_PGMT_MASK)
  87
  88 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
  89 {
  90         unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
  91
  92         if (pg_flags == _PGMT_DEFAULT)
  93                 return -1;
  94         else if (pg_flags == _PGMT_WC)
  95                 return _PAGE_CACHE_MODE_WC;
  96         else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
  97                 return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
  98         else
  99                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 100 }
 101
 102 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 103                                     enum page_cache_mode memtype)
 104 {
 105         unsigned long memtype_flags;
 106         unsigned long old_flags;
 107         unsigned long new_flags;
 108
 109         switch (memtype) {
 110         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
 111                 memtype_flags = _PGMT_WC;
 112                 break;
 113         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
 114                 memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
 115                 break;
 116         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
 117                 memtype_flags = _PGMT_WB;
 118                 break;
 119         default:
 120                 memtype_flags = _PGMT_DEFAULT;
 121                 break;
 122         }
 123
 124         do {
 125                 old_flags = pg->flags;
 126                 new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
 127         } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
 128 }
 129 #else
 130 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
 131 {
 132         return -1;
 133 }
 134 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 135                                     enum page_cache_mode memtype)
 136 {
 137 }
 138 #endif
 139
 140 enum {
 141         PAT_UC = 0,             /* uncached */
 142         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
 143         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
 144         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
 145         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
 146         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
 147 };
 148
 149 #define CM(c) (_PAGE_CACHE_MODE_ ## c)
 150
 151 static enum page_cache_mode pat_get_cache_mode(unsigned pat_val, char *msg)
 152 {
 153         enum page_cache_mode cache;
 154         char *cache_mode;
 155
 156         switch (pat_val) {
 157         case PAT_UC:       cache = CM(UC);       cache_mode = "UC  "; break;
 158         case PAT_WC:       cache = CM(WC);       cache_mode = "WC  "; break;
 159         case PAT_WT:       cache = CM(WT);       cache_mode = "WT  "; break;
 160         case PAT_WP:       cache = CM(WP);       cache_mode = "WP  "; break;
 161         case PAT_WB:       cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 162         case PAT_UC_MINUS: cache = CM(UC_MINUS); cache_mode = "UC- "; break;
 163         default:           cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 164         }
 165
 166         memcpy(msg, cache_mode, 4);
 167
 168         return cache;
 169 }
 170
 171 #undef CM
 172
 173 /*
 174  * Update the cache mode to pgprot translation tables according to PAT
 175  * configuration.
 176  * Using lower indices is preferred, so we start with highest index.
 177  */
 178 void pat_init_cache_modes(u64 pat)
 179 {
 180         enum page_cache_mode cache;
 181         char pat_msg[33];
 182         int i;
 183
 184         pat_msg[32] = 0;
 185         for (i = 7; i >= 0; i--) {
 186                 cache = pat_get_cache_mode((pat >> (i * 8)) & 7,
 187                                            pat_msg + 4 * i);
 188                 update_cache_mode_entry(i, cache);
 189         }
 190         pr_info("x86/PAT: Configuration [0-7]: %s\n", pat_msg);
 191 }
 192
 193 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
 194
 195 static void pat_bsp_init(u64 pat)
 196 {
 197         u64 tmp_pat;
 198
 199         if (!cpu_has_pat) {
 200                 pat_disable("PAT not supported by CPU.");
 201                 return;
 202         }
 203
 204         if (!pat_enabled())
 205                 goto done;
 206
 207         rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, tmp_pat);
 208         if (!tmp_pat) {
 209                 pat_disable("PAT MSR is 0, disabled.");
 210                 return;
 211         }
 212
 213         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 214
 215 done:
 216         pat_init_cache_modes(pat);
 217 }
 218
 219 static void pat_ap_init(u64 pat)
 220 {
 221         if (!pat_enabled())
 222                 return;
 223
 224         if (!cpu_has_pat) {
 225                 /*
 226                  * If this happens we are on a secondary CPU, but switched to
 227                  * PAT on the boot CPU. We have no way to undo PAT.
 228                  */
 229                 panic("x86/PAT: PAT enabled, but not supported by secondary CPU\n");
 230         }
 231
 232         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 233 }
 234
 235 void pat_init(void)
 236 {
 237         u64 pat;
 238
 239         if (!pat_enabled()) {
 240                 /*
 241                  * No PAT. Emulate the PAT table that corresponds to the two
 242                  * cache bits, PWT (Write Through) and PCD (Cache Disable). This
 243                  * setup is the same as the BIOS default setup when the system
 244                  * has PAT but the "nopat" boot option has been specified. This
 245                  * emulated PAT table is used when MSR_IA32_CR_PAT returns 0.
 246                  *
 247                  * PTE encoding used:
 248                  *
 249                  *       PCD
 250                  *       |PWT  PAT
 251                  *       ||    slot
 252                  *       00    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
 253                  *       01    1    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
 254                  *       10    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 255                  *       11    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
 256                  *
 257                  * NOTE: When WC or WP is used, it is redirected to UC- per
 258                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
 259                  */
 260                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WT) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 261                       PAT(4, WB) | PAT(5, WT) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 262         } else {
 263                 /*
 264                  * PTE encoding used in Linux:
 265                  *      PAT
 266                  *      |PCD
 267                  *      ||PWT
 268                  *      |||
 269                  *      000 WB          _PAGE_CACHE_WB
 270                  *      001 WC          _PAGE_CACHE_WC
 271                  *      010 UC-         _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 272                  *      011 UC          _PAGE_CACHE_UC
 273                  * PAT bit unused
 274                  */
 275                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 276                       PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 277         }
 278
 279         if (!boot_cpu_done) {
 280                 pat_bsp_init(pat);
 281                 boot_cpu_done = true;
 282         } else {
 283                 pat_ap_init(pat);
 284         }
 285 }
 286
 287 #undef PAT
 288
 289 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype accesses */
 290
 291 /*
 292  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 293  * the resulting memory type as PAT understands it.
 294  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 295  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 296  * SDM vol 3a
 297  */
 298 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end,
 299                                      enum page_cache_mode req_type)
 300 {
 301         /*
 302          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 303          * request is for WB.
 304          */
 305         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
 306                 u8 mtrr_type, uniform;
 307
 308                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end, &uniform);
 309                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
 310                         return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 311
 312                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 313         }
 314
 315         return req_type;
 316 }
 317
 318 struct pagerange_state {
 319         unsigned long           cur_pfn;
 320         int                     ram;
 321         int                     not_ram;
 322 };
 323
 324 static int
 325 pagerange_is_ram_callback(unsigned long initial_pfn, unsigned long total_nr_pages, void *arg)
 326 {
 327         struct pagerange_state *state = arg;
 328
 329         state->not_ram  |= initial_pfn > state->cur_pfn;
 330         state->ram      |= total_nr_pages > 0;
 331         state->cur_pfn   = initial_pfn + total_nr_pages;
 332
 333         return state->ram && state->not_ram;
 334 }
 335
 336 static int pat_pagerange_is_ram(resource_size_t start, resource_size_t end)
 337 {
 338         int ret = 0;
 339         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 340         unsigned long end_pfn = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
 341         struct pagerange_state state = {start_pfn, 0, 0};
 342
 343         /*
 344          * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
 345          * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
 346          * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
 347          * some of those portions are listed(or not even listed) with
 348          * different e820 types(RAM/reserved/..)
 349          */
 350         if (start_pfn < ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT)
 351                 start_pfn = ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT;
 352
 353         if (start_pfn < end_pfn) {
 354                 ret = walk_system_ram_range(start_pfn, end_pfn - start_pfn,
 355                                 &state, pagerange_is_ram_callback);
 356         }
 357
 358         return (ret > 0) ? -1 : (state.ram ? 1 : 0);
 359 }
 360
 361 /*
 362  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
 363  * Here we do two pass:
 364  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts
 365  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range
 366  */
 367 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end,
 368                                   enum page_cache_mode req_type,
 369                                   enum page_cache_mode *new_type)
 370 {
 371         struct page *page;
 372         u64 pfn;
 373
 374         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_UC) {
 375                 /* We do not support strong UC */
 376                 WARN_ON_ONCE(1);
 377                 req_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 378         }
 379
 380         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 381                 enum page_cache_mode type;
 382
 383                 page = pfn_to_page(pfn);
 384                 type = get_page_memtype(page);
 385                 if (type != -1) {
 386                         pr_info("x86/PAT: reserve_ram_pages_type failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track 0x%x, req 0x%x\n",
 387                                 start, end - 1, type, req_type);
 388                         if (new_type)
 389                                 *new_type = type;
 390
 391                         return -EBUSY;
 392                 }
 393         }
 394
 395         if (new_type)
 396                 *new_type = req_type;
 397
 398         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 399                 page = pfn_to_page(pfn);
 400                 set_page_memtype(page, req_type);
 401         }
 402         return 0;
 403 }
 404
 405 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
 406 {
 407         struct page *page;
 408         u64 pfn;
 409
 410         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 411                 page = pfn_to_page(pfn);
 412                 set_page_memtype(page, -1);
 413         }
 414         return 0;
 415 }
 416
 417 /*
 418  * req_type typically has one of the:
 419  * - _PAGE_CACHE_MODE_WB
 420  * - _PAGE_CACHE_MODE_WC
 421  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 422  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC
 423  *
 424  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 425  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
 426  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
 427  * it will return a negative return value.
 428  */
 429 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, enum page_cache_mode req_type,
 430                     enum page_cache_mode *new_type)
 431 {
 432         struct memtype *new;
 433         enum page_cache_mode actual_type;
 434         int is_range_ram;
 435         int err = 0;
 436
 437         BUG_ON(start >= end); /* end is exclusive */
 438
 439         if (!pat_enabled()) {
 440                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 441                 if (new_type) {
 442                         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WC)
 443                                 *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 444                         else
 445                                 *new_type = req_type;
 446                 }
 447                 return 0;
 448         }
 449
 450         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 451         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
 452                 if (new_type)
 453                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 454                 return 0;
 455         }
 456
 457         /*
 458          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 459          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 460          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 461          * UC_MINUS otherwise.
 462          */
 463         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type);
 464
 465         if (new_type)
 466                 *new_type = actual_type;
 467
 468         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 469         if (is_range_ram == 1) {
 470
 471                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
 472
 473                 return err;
 474         } else if (is_range_ram < 0) {
 475                 return -EINVAL;
 476         }
 477
 478         new  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 479         if (!new)
 480                 return -ENOMEM;
 481
 482         new->start      = start;
 483         new->end        = end;
 484         new->type       = actual_type;
 485
 486         spin_lock(&memtype_lock);
 487
 488         err = rbt_memtype_check_insert(new, new_type);
 489         if (err) {
 490                 pr_info("x86/PAT: reserve_memtype failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s\n",
 491                         start, end - 1,
 492                         cattr_name(new->type), cattr_name(req_type));
 493                 kfree(new);
 494                 spin_unlock(&memtype_lock);
 495
 496                 return err;
 497         }
 498
 499         spin_unlock(&memtype_lock);
 500
 501         dprintk("reserve_memtype added [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s, ret %s\n",
 502                 start, end - 1, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type),
 503                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
 504
 505         return err;
 506 }
 507
 508 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 509 {
 510         int err = -EINVAL;
 511         int is_range_ram;
 512         struct memtype *entry;
 513
 514         if (!pat_enabled())
 515                 return 0;
 516
 517         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 518         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
 519                 return 0;
 520
 521         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 522         if (is_range_ram == 1) {
 523
 524                 err = free_ram_pages_type(start, end);
 525
 526                 return err;
 527         } else if (is_range_ram < 0) {
 528                 return -EINVAL;
 529         }
 530
 531         spin_lock(&memtype_lock);
 532         entry = rbt_memtype_erase(start, end);
 533         spin_unlock(&memtype_lock);
 534
 535         if (!entry) {
 536                 pr_info("x86/PAT: %s:%d freeing invalid memtype [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 537                         current->comm, current->pid, start, end - 1);
 538                 return -EINVAL;
 539         }
 540
 541         kfree(entry);
 542
 543         dprintk("free_memtype request [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", start, end - 1);
 544
 545         return 0;
 546 }
 547
 548
 549 /**
 550  * lookup_memtype - Looksup the memory type for a physical address
 551  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
 552  *
 553  * Only to be called when PAT is enabled
 554  *
 555  * Returns _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC, _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 556  * or _PAGE_CACHE_MODE_UC
 557  */
 558 static enum page_cache_mode lookup_memtype(u64 paddr)
 559 {
 560         enum page_cache_mode rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 561         struct memtype *entry;
 562
 563         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
 564                 return rettype;
 565
 566         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
 567                 struct page *page;
 568                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
 569                 rettype = get_page_memtype(page);
 570                 /*
 571                  * -1 from get_page_memtype() implies RAM page is in its
 572                  * default state and not reserved, and hence of type WB
 573                  */
 574                 if (rettype == -1)
 575                         rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 576
 577                 return rettype;
 578         }
 579
 580         spin_lock(&memtype_lock);
 581
 582         entry = rbt_memtype_lookup(paddr);
 583         if (entry != NULL)
 584                 rettype = entry->type;
 585         else
 586                 rettype = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 587
 588         spin_unlock(&memtype_lock);
 589         return rettype;
 590 }
 591
 592 /**
 593  * io_reserve_memtype - Request a memory type mapping for a region of memory
 594  * @start: start (physical address) of the region
 595  * @end: end (physical address) of the region
 596  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
 597  * or any other compatible type that was available for the region is returned
 598  *
 599  * On success, returns 0
 600  * On failure, returns non-zero
 601  */
 602 int io_reserve_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end,
 603                         enum page_cache_mode *type)
 604 {
 605         resource_size_t size = end - start;
 606         enum page_cache_mode req_type = *type;
 607         enum page_cache_mode new_type;
 608         int ret;
 609
 610         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
 611
 612         ret = reserve_memtype(start, end, req_type, &new_type);
 613         if (ret)
 614                 goto out_err;
 615
 616         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
 617                 goto out_free;
 618
 619         if (kernel_map_sync_memtype(start, size, new_type) < 0)
 620                 goto out_free;
 621
 622         *type = new_type;
 623         return 0;
 624
 625 out_free:
 626         free_memtype(start, end);
 627         ret = -EBUSY;
 628 out_err:
 629         return ret;
 630 }
 631
 632 /**
 633  * io_free_memtype - Release a memory type mapping for a region of memory
 634  * @start: start (physical address) of the region
 635  * @end: end (physical address) of the region
 636  */
 637 void io_free_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end)
 638 {
 639         free_memtype(start, end);
 640 }
 641
 642 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 643                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 644 {
 645         return vma_prot;
 646 }
 647
 648 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 649 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM */
 650 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 651 {
 652         return 1;
 653 }
 654 #else
 655 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
 656 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 657 {
 658         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 659         u64 to = from + size;
 660         u64 cursor = from;
 661
 662         if (!pat_enabled())
 663                 return 1;
 664
 665         while (cursor < to) {
 666                 if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
 667                         pr_info("x86/PAT: Program %s tried to access /dev/mem between [mem %#010Lx-%#010Lx], PAT prevents it\n",
 668                                 current->comm, from, to - 1);
 669                         return 0;
 670                 }
 671                 cursor += PAGE_SIZE;
 672                 pfn++;
 673         }
 674         return 1;
 675 }
 676 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
 677
 678 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 679                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 680 {
 681         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 682
 683         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 684                 return 0;
 685
 686         if (file->f_flags & O_DSYNC)
 687                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 688
 689 #ifdef CONFIG_X86_32
 690         /*
 691          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 692          * memory types for physical addresses outside main memory,
 693          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 694          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 695          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 696          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 697          */
 698         if (!pat_enabled() &&
 699             !(boot_cpu_has(X86_FEATURE_MTRR) ||
 700               boot_cpu_has(X86_FEATURE_K6_MTRR) ||
 701               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CYRIX_ARR) ||
 702               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR)) &&
 703             (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 704                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC;
 705         }
 706 #endif
 707
 708         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 709                              cachemode2protval(pcm));
 710         return 1;
 711 }
 712
 713 /*
 714  * Change the memory type for the physial address range in kernel identity
 715  * mapping space if that range is a part of identity map.
 716  */
 717 int kernel_map_sync_memtype(u64 base, unsigned long size,
 718                             enum page_cache_mode pcm)
 719 {
 720         unsigned long id_sz;
 721
 722         if (base > __pa(high_memory-1))
 723                 return 0;
 724
 725         /*
 726          * some areas in the middle of the kernel identity range
 727          * are not mapped, like the PCI space.
 728          */
 729         if (!page_is_ram(base >> PAGE_SHIFT))
 730                 return 0;
 731
 732         id_sz = (__pa(high_memory-1) <= base + size) ?
 733                                 __pa(high_memory) - base :
 734                                 size;
 735
 736         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, pcm) < 0) {
 737                 pr_info("x86/PAT: %s:%d ioremap_change_attr failed %s for [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 738                         current->comm, current->pid,
 739                         cattr_name(pcm),
 740                         base, (unsigned long long)(base + size-1));
 741                 return -EINVAL;
 742         }
 743         return 0;
 744 }
 745
 746 /*
 747  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
 748  * Reserved non RAM regions only and after successful reserve_memtype,
 749  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
 750  */
 751 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
 752                                 int strict_prot)
 753 {
 754         int is_ram = 0;
 755         int ret;
 756         enum page_cache_mode want_pcm = pgprot2cachemode(*vma_prot);
 757         enum page_cache_mode pcm = want_pcm;
 758
 759         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 760
 761         /*
 762          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
 763          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
 764          * the type requested matches the type of first page in the range.
 765          */
 766         if (is_ram) {
 767                 if (!pat_enabled())
 768                         return 0;
 769
 770                 pcm = lookup_memtype(paddr);
 771                 if (want_pcm != pcm) {
 772                         pr_warn("x86/PAT: %s:%d map pfn RAM range req %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 773                                 current->comm, current->pid,
 774                                 cattr_name(want_pcm),
 775                                 (unsigned long long)paddr,
 776                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 777                                 cattr_name(pcm));
 778                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 779                                              (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 780                                              cachemode2protval(pcm));
 781                 }
 782                 return 0;
 783         }
 784
 785         ret = reserve_memtype(paddr, paddr + size, want_pcm, &pcm);
 786         if (ret)
 787                 return ret;
 788
 789         if (pcm != want_pcm) {
 790                 if (strict_prot ||
 791                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_pcm, pcm)) {
 792                         free_memtype(paddr, paddr + size);
 793                         pr_err("x86/PAT: %s:%d map pfn expected mapping type %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 794                                current->comm, current->pid,
 795                                cattr_name(want_pcm),
 796                                (unsigned long long)paddr,
 797                                (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 798                                cattr_name(pcm));
 799                         return -EINVAL;
 800                 }
 801                 /*
 802                  * We allow returning different type than the one requested in
 803                  * non strict case.
 804                  */
 805                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 806                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 807                                      cachemode2protval(pcm));
 808         }
 809
 810         if (kernel_map_sync_memtype(paddr, size, pcm) < 0) {
 811                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 812                 return -EINVAL;
 813         }
 814         return 0;
 815 }
 816
 817 /*
 818  * Internal interface to free a range of physical memory.
 819  * Frees non RAM regions only.
 820  */
 821 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
 822 {
 823         int is_ram;
 824
 825         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 826         if (is_ram == 0)
 827                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 828 }
 829
 830 /*
 831  * track_pfn_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
 832  * copied through copy_page_range().
 833  *
 834  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
 835  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
 836  */
 837 int track_pfn_copy(struct vm_area_struct *vma)
 838 {
 839         resource_size_t paddr;
 840         unsigned long prot;
 841         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 842         pgprot_t pgprot;
 843
 844         if (vma->vm_flags & VM_PAT) {
 845                 /*
 846                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
 847                  * starting address and protection from pte.
 848                  */
 849                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 850                         WARN_ON_ONCE(1);
 851                         return -EINVAL;
 852                 }
 853                 pgprot = __pgprot(prot);
 854                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
 855         }
 856
 857         return 0;
 858 }
 859
 860 /*
 861  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has a
 862  * linear pfn mapping for the entire range reserve the entire vma range with
 863  * single reserve_pfn_range call.
 864  */
 865 int track_pfn_remap(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 866                     unsigned long pfn, unsigned long addr, unsigned long size)
 867 {
 868         resource_size_t paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 869         enum page_cache_mode pcm;
 870
 871         /* reserve the whole chunk starting from paddr */
 872         if (addr == vma->vm_start && size == (vma->vm_end - vma->vm_start)) {
 873                 int ret;
 874
 875                 ret = reserve_pfn_range(paddr, size, prot, 0);
 876                 if (!ret)
 877                         vma->vm_flags |= VM_PAT;
 878                 return ret;
 879         }
 880
 881         if (!pat_enabled())
 882                 return 0;
 883
 884         /*
 885          * For anything smaller than the vma size we set prot based on the
 886          * lookup.
 887          */
 888         pcm = lookup_memtype(paddr);
 889
 890         /* Check memtype for the remaining pages */
 891         while (size > PAGE_SIZE) {
 892                 size -= PAGE_SIZE;
 893                 paddr += PAGE_SIZE;
 894                 if (pcm != lookup_memtype(paddr))
 895                         return -EINVAL;
 896         }
 897
 898         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 899                          cachemode2protval(pcm));
 900
 901         return 0;
 902 }
 903
 904 int track_pfn_insert(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 905                      unsigned long pfn)
 906 {
 907         enum page_cache_mode pcm;
 908
 909         if (!pat_enabled())
 910                 return 0;
 911
 912         /* Set prot based on lookup */
 913         pcm = lookup_memtype((resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT);
 914         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 915                          cachemode2protval(pcm));
 916
 917         return 0;
 918 }
 919
 920 /*
 921  * untrack_pfn is called while unmapping a pfnmap for a region.
 922  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
 923  * can be for the entire vma (in which case pfn, size are zero).
 924  */
 925 void untrack_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
 926                  unsigned long size)
 927 {
 928         resource_size_t paddr;
 929         unsigned long prot;
 930
 931         if (!(vma->vm_flags & VM_PAT))
 932                 return;
 933
 934         /* free the chunk starting from pfn or the whole chunk */
 935         paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 936         if (!paddr && !size) {
 937                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 938                         WARN_ON_ONCE(1);
 939                         return;
 940                 }
 941
 942                 size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 943         }
 944         free_pfn_range(paddr, size);
 945         vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
 946 }
 947
 948 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
 949 {
 950         if (pat_enabled())
 951                 return __pgprot(pgprot_val(prot) |
 952                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
 953         else
 954                 return pgprot_noncached(prot);
 955 }
 956 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
 957
 958 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
 959
 960 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
 961 {
 962         struct memtype *print_entry;
 963         int ret;
 964
 965         print_entry  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 966         if (!print_entry)
 967                 return NULL;
 968
 969         spin_lock(&memtype_lock);
 970         ret = rbt_memtype_copy_nth_element(print_entry, pos);
 971         spin_unlock(&memtype_lock);
 972
 973         if (!ret) {
 974                 return print_entry;
 975         } else {
 976                 kfree(print_entry);
 977                 return NULL;
 978         }
 979 }
 980
 981 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
 982 {
 983         if (*pos == 0) {
 984                 ++*pos;
 985                 seq_puts(seq, "PAT memtype list:\n");
 986         }
 987
 988         return memtype_get_idx(*pos);
 989 }
 990
 991 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
 992 {
 993         ++*pos;
 994         return memtype_get_idx(*pos);
 995 }
 996
 997 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
 998 {
 999 }
1000
1001 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
1002 {
1003         struct memtype *print_entry = (struct memtype *)v;
1004
1005         seq_printf(seq, "%s @ 0x%Lx-0x%Lx\n", cattr_name(print_entry->type),
1006                         print_entry->start, print_entry->end);
1007         kfree(print_entry);
1008
1009         return 0;
1010 }
1011
1012 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
1013         .start = memtype_seq_start,
1014         .next  = memtype_seq_next,
1015         .stop  = memtype_seq_stop,
1016         .show  = memtype_seq_show,
1017 };
1018
1019 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
1020 {
1021         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
1022 }
1023
1024 static const struct file_operations memtype_fops = {
1025         .open    = memtype_seq_open,
1026         .read    = seq_read,
1027         .llseek  = seq_lseek,
1028         .release = seq_release,
1029 };
1030
1031 static int __init pat_memtype_list_init(void)
1032 {
1033         if (pat_enabled()) {
1034                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
1035                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
1036         }
1037         return 0;
1038 }
1039
1040 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1041
1042 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */