Merge remote-tracking branches 'spi/topic/qup', 'spi/topic/rockchip', 'spi/topic...
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / 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 hyp_pgd_order get_order(PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t))
46
47 #define kvm_pmd_huge(_x)        (pmd_huge(_x) || pmd_trans_huge(_x))
48 #define kvm_pud_huge(_x)        pud_huge(_x)
49
50 #define KVM_S2PTE_FLAG_IS_IOMAP         (1UL << 0)
51 #define KVM_S2_FLAG_LOGGING_ACTIVE      (1UL << 1)
52
53 static bool memslot_is_logging(struct kvm_memory_slot *memslot)
54 {
55         return memslot->dirty_bitmap && !(memslot->flags & KVM_MEM_READONLY);
56 }
57
58 /**
59  * kvm_flush_remote_tlbs() - flush all VM TLB entries for v7/8
60  * @kvm:        pointer to kvm structure.
61  *
62  * Interface to HYP function to flush all VM TLB entries
63  */
64 void kvm_flush_remote_tlbs(struct kvm *kvm)
65 {
66         kvm_call_hyp(__kvm_tlb_flush_vmid, kvm);
67 }
68
69 static void kvm_tlb_flush_vmid_ipa(struct kvm *kvm, phys_addr_t ipa)
70 {
71         /*
72          * This function also gets called when dealing with HYP page
73          * tables. As HYP doesn't have an associated struct kvm (and
74          * the HYP page tables are fairly static), we don't do
75          * anything there.
76          */
77         if (kvm)
78                 kvm_call_hyp(__kvm_tlb_flush_vmid_ipa, kvm, ipa);
79 }
80
81 /*
82  * D-Cache management functions. They take the page table entries by
83  * value, as they are flushing the cache using the kernel mapping (or
84  * kmap on 32bit).
85  */
86 static void kvm_flush_dcache_pte(pte_t pte)
87 {
88         __kvm_flush_dcache_pte(pte);
89 }
90
91 static void kvm_flush_dcache_pmd(pmd_t pmd)
92 {
93         __kvm_flush_dcache_pmd(pmd);
94 }
95
96 static void kvm_flush_dcache_pud(pud_t pud)
97 {
98         __kvm_flush_dcache_pud(pud);
99 }
100
101 /**
102  * stage2_dissolve_pmd() - clear and flush huge PMD entry
103  * @kvm:        pointer to kvm structure.
104  * @addr:       IPA
105  * @pmd:        pmd pointer for IPA
106  *
107  * Function clears a PMD entry, flushes addr 1st and 2nd stage TLBs. Marks all
108  * pages in the range dirty.
109  */
110 static void stage2_dissolve_pmd(struct kvm *kvm, phys_addr_t addr, pmd_t *pmd)
111 {
112         if (!kvm_pmd_huge(*pmd))
113                 return;
114
115         pmd_clear(pmd);
116         kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
117         put_page(virt_to_page(pmd));
118 }
119
120 static int mmu_topup_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
121                                   int min, int max)
122 {
123         void *page;
124
125         BUG_ON(max > KVM_NR_MEM_OBJS);
126         if (cache->nobjs >= min)
127                 return 0;
128         while (cache->nobjs < max) {
129                 page = (void *)__get_free_page(PGALLOC_GFP);
130                 if (!page)
131                         return -ENOMEM;
132                 cache->objects[cache->nobjs++] = page;
133         }
134         return 0;
135 }
136
137 static void mmu_free_memory_cache(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
138 {
139         while (mc->nobjs)
140                 free_page((unsigned long)mc->objects[--mc->nobjs]);
141 }
142
143 static void *mmu_memory_cache_alloc(struct kvm_mmu_memory_cache *mc)
144 {
145         void *p;
146
147         BUG_ON(!mc || !mc->nobjs);
148         p = mc->objects[--mc->nobjs];
149         return p;
150 }
151
152 static void clear_pgd_entry(struct kvm *kvm, pgd_t *pgd, phys_addr_t addr)
153 {
154         pud_t *pud_table __maybe_unused = pud_offset(pgd, 0);
155         pgd_clear(pgd);
156         kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
157         pud_free(NULL, pud_table);
158         put_page(virt_to_page(pgd));
159 }
160
161 static void clear_pud_entry(struct kvm *kvm, pud_t *pud, phys_addr_t addr)
162 {
163         pmd_t *pmd_table = pmd_offset(pud, 0);
164         VM_BUG_ON(pud_huge(*pud));
165         pud_clear(pud);
166         kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
167         pmd_free(NULL, pmd_table);
168         put_page(virt_to_page(pud));
169 }
170
171 static void clear_pmd_entry(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd, phys_addr_t addr)
172 {
173         pte_t *pte_table = pte_offset_kernel(pmd, 0);
174         VM_BUG_ON(kvm_pmd_huge(*pmd));
175         pmd_clear(pmd);
176         kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
177         pte_free_kernel(NULL, pte_table);
178         put_page(virt_to_page(pmd));
179 }
180
181 /*
182  * Unmapping vs dcache management:
183  *
184  * If a guest maps certain memory pages as uncached, all writes will
185  * bypass the data cache and go directly to RAM.  However, the CPUs
186  * can still speculate reads (not writes) and fill cache lines with
187  * data.
188  *
189  * Those cache lines will be *clean* cache lines though, so a
190  * clean+invalidate operation is equivalent to an invalidate
191  * operation, because no cache lines are marked dirty.
192  *
193  * Those clean cache lines could be filled prior to an uncached write
194  * by the guest, and the cache coherent IO subsystem would therefore
195  * end up writing old data to disk.
196  *
197  * This is why right after unmapping a page/section and invalidating
198  * the corresponding TLBs, we call kvm_flush_dcache_p*() to make sure
199  * the IO subsystem will never hit in the cache.
200  */
201 static void unmap_ptes(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd,
202                        phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
203 {
204         phys_addr_t start_addr = addr;
205         pte_t *pte, *start_pte;
206
207         start_pte = pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
208         do {
209                 if (!pte_none(*pte)) {
210                         pte_t old_pte = *pte;
211
212                         kvm_set_pte(pte, __pte(0));
213                         kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
214
215                         /* No need to invalidate the cache for device mappings */
216                         if ((pte_val(old_pte) & PAGE_S2_DEVICE) != PAGE_S2_DEVICE)
217                                 kvm_flush_dcache_pte(old_pte);
218
219                         put_page(virt_to_page(pte));
220                 }
221         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
222
223         if (kvm_pte_table_empty(kvm, start_pte))
224                 clear_pmd_entry(kvm, pmd, start_addr);
225 }
226
227 static void unmap_pmds(struct kvm *kvm, pud_t *pud,
228                        phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
229 {
230         phys_addr_t next, start_addr = addr;
231         pmd_t *pmd, *start_pmd;
232
233         start_pmd = pmd = pmd_offset(pud, addr);
234         do {
235                 next = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
236                 if (!pmd_none(*pmd)) {
237                         if (kvm_pmd_huge(*pmd)) {
238                                 pmd_t old_pmd = *pmd;
239
240                                 pmd_clear(pmd);
241                                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
242
243                                 kvm_flush_dcache_pmd(old_pmd);
244
245                                 put_page(virt_to_page(pmd));
246                         } else {
247                                 unmap_ptes(kvm, pmd, addr, next);
248                         }
249                 }
250         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
251
252         if (kvm_pmd_table_empty(kvm, start_pmd))
253                 clear_pud_entry(kvm, pud, start_addr);
254 }
255
256 static void unmap_puds(struct kvm *kvm, pgd_t *pgd,
257                        phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
258 {
259         phys_addr_t next, start_addr = addr;
260         pud_t *pud, *start_pud;
261
262         start_pud = pud = pud_offset(pgd, addr);
263         do {
264                 next = kvm_pud_addr_end(addr, end);
265                 if (!pud_none(*pud)) {
266                         if (pud_huge(*pud)) {
267                                 pud_t old_pud = *pud;
268
269                                 pud_clear(pud);
270                                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
271
272                                 kvm_flush_dcache_pud(old_pud);
273
274                                 put_page(virt_to_page(pud));
275                         } else {
276                                 unmap_pmds(kvm, pud, addr, next);
277                         }
278                 }
279         } while (pud++, addr = next, addr != end);
280
281         if (kvm_pud_table_empty(kvm, start_pud))
282                 clear_pgd_entry(kvm, pgd, start_addr);
283 }
284
285
286 static void unmap_range(struct kvm *kvm, pgd_t *pgdp,
287                         phys_addr_t start, u64 size)
288 {
289         pgd_t *pgd;
290         phys_addr_t addr = start, end = start + size;
291         phys_addr_t next;
292
293         pgd = pgdp + kvm_pgd_index(addr);
294         do {
295                 next = kvm_pgd_addr_end(addr, end);
296                 if (!pgd_none(*pgd))
297                         unmap_puds(kvm, pgd, addr, next);
298         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
299 }
300
301 static void stage2_flush_ptes(struct kvm *kvm, pmd_t *pmd,
302                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
303 {
304         pte_t *pte;
305
306         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
307         do {
308                 if (!pte_none(*pte) &&
309                     (pte_val(*pte) & PAGE_S2_DEVICE) != PAGE_S2_DEVICE)
310                         kvm_flush_dcache_pte(*pte);
311         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
312 }
313
314 static void stage2_flush_pmds(struct kvm *kvm, pud_t *pud,
315                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
316 {
317         pmd_t *pmd;
318         phys_addr_t next;
319
320         pmd = pmd_offset(pud, addr);
321         do {
322                 next = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
323                 if (!pmd_none(*pmd)) {
324                         if (kvm_pmd_huge(*pmd))
325                                 kvm_flush_dcache_pmd(*pmd);
326                         else
327                                 stage2_flush_ptes(kvm, pmd, addr, next);
328                 }
329         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
330 }
331
332 static void stage2_flush_puds(struct kvm *kvm, pgd_t *pgd,
333                               phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
334 {
335         pud_t *pud;
336         phys_addr_t next;
337
338         pud = pud_offset(pgd, addr);
339         do {
340                 next = kvm_pud_addr_end(addr, end);
341                 if (!pud_none(*pud)) {
342                         if (pud_huge(*pud))
343                                 kvm_flush_dcache_pud(*pud);
344                         else
345                                 stage2_flush_pmds(kvm, pud, addr, next);
346                 }
347         } while (pud++, addr = next, addr != end);
348 }
349
350 static void stage2_flush_memslot(struct kvm *kvm,
351                                  struct kvm_memory_slot *memslot)
352 {
353         phys_addr_t addr = memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT;
354         phys_addr_t end = addr + PAGE_SIZE * memslot->npages;
355         phys_addr_t next;
356         pgd_t *pgd;
357
358         pgd = kvm->arch.pgd + kvm_pgd_index(addr);
359         do {
360                 next = kvm_pgd_addr_end(addr, end);
361                 stage2_flush_puds(kvm, pgd, addr, next);
362         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
363 }
364
365 /**
366  * stage2_flush_vm - Invalidate cache for pages mapped in stage 2
367  * @kvm: The struct kvm pointer
368  *
369  * Go through the stage 2 page tables and invalidate any cache lines
370  * backing memory already mapped to the VM.
371  */
372 static void stage2_flush_vm(struct kvm *kvm)
373 {
374         struct kvm_memslots *slots;
375         struct kvm_memory_slot *memslot;
376         int idx;
377
378         idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
379         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
380
381         slots = kvm_memslots(kvm);
382         kvm_for_each_memslot(memslot, slots)
383                 stage2_flush_memslot(kvm, memslot);
384
385         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
386         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, idx);
387 }
388
389 /**
390  * free_boot_hyp_pgd - free HYP boot page tables
391  *
392  * Free the HYP boot page tables. The bounce page is also freed.
393  */
394 void free_boot_hyp_pgd(void)
395 {
396         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
397
398         if (boot_hyp_pgd) {
399                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, hyp_idmap_start, PAGE_SIZE);
400                 unmap_range(NULL, boot_hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
401                 free_pages((unsigned long)boot_hyp_pgd, hyp_pgd_order);
402                 boot_hyp_pgd = NULL;
403         }
404
405         if (hyp_pgd)
406                 unmap_range(NULL, hyp_pgd, TRAMPOLINE_VA, PAGE_SIZE);
407
408         free_page((unsigned long)init_bounce_page);
409         init_bounce_page = NULL;
410
411         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
412 }
413
414 /**
415  * free_hyp_pgds - free Hyp-mode page tables
416  *
417  * Assumes hyp_pgd is a page table used strictly in Hyp-mode and
418  * therefore contains either mappings in the kernel memory area (above
419  * PAGE_OFFSET), or device mappings in the vmalloc range (from
420  * VMALLOC_START to VMALLOC_END).
421  *
422  * boot_hyp_pgd should only map two pages for the init code.
423  */
424 void free_hyp_pgds(void)
425 {
426         unsigned long addr;
427
428         free_boot_hyp_pgd();
429
430         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
431
432         if (hyp_pgd) {
433                 for (addr = PAGE_OFFSET; virt_addr_valid(addr); addr += PGDIR_SIZE)
434                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
435                 for (addr = VMALLOC_START; is_vmalloc_addr((void*)addr); addr += PGDIR_SIZE)
436                         unmap_range(NULL, hyp_pgd, KERN_TO_HYP(addr), PGDIR_SIZE);
437
438                 free_pages((unsigned long)hyp_pgd, hyp_pgd_order);
439                 hyp_pgd = NULL;
440         }
441
442         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
443 }
444
445 static void create_hyp_pte_mappings(pmd_t *pmd, unsigned long start,
446                                     unsigned long end, unsigned long pfn,
447                                     pgprot_t prot)
448 {
449         pte_t *pte;
450         unsigned long addr;
451
452         addr = start;
453         do {
454                 pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
455                 kvm_set_pte(pte, pfn_pte(pfn, prot));
456                 get_page(virt_to_page(pte));
457                 kvm_flush_dcache_to_poc(pte, sizeof(*pte));
458                 pfn++;
459         } while (addr += PAGE_SIZE, addr != end);
460 }
461
462 static int create_hyp_pmd_mappings(pud_t *pud, unsigned long start,
463                                    unsigned long end, unsigned long pfn,
464                                    pgprot_t prot)
465 {
466         pmd_t *pmd;
467         pte_t *pte;
468         unsigned long addr, next;
469
470         addr = start;
471         do {
472                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
473
474                 BUG_ON(pmd_sect(*pmd));
475
476                 if (pmd_none(*pmd)) {
477                         pte = pte_alloc_one_kernel(NULL, addr);
478                         if (!pte) {
479                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pte\n");
480                                 return -ENOMEM;
481                         }
482                         pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
483                         get_page(virt_to_page(pmd));
484                         kvm_flush_dcache_to_poc(pmd, sizeof(*pmd));
485                 }
486
487                 next = pmd_addr_end(addr, end);
488
489                 create_hyp_pte_mappings(pmd, addr, next, pfn, prot);
490                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
491         } while (addr = next, addr != end);
492
493         return 0;
494 }
495
496 static int create_hyp_pud_mappings(pgd_t *pgd, unsigned long start,
497                                    unsigned long end, unsigned long pfn,
498                                    pgprot_t prot)
499 {
500         pud_t *pud;
501         pmd_t *pmd;
502         unsigned long addr, next;
503         int ret;
504
505         addr = start;
506         do {
507                 pud = pud_offset(pgd, addr);
508
509                 if (pud_none_or_clear_bad(pud)) {
510                         pmd = pmd_alloc_one(NULL, addr);
511                         if (!pmd) {
512                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pmd\n");
513                                 return -ENOMEM;
514                         }
515                         pud_populate(NULL, pud, pmd);
516                         get_page(virt_to_page(pud));
517                         kvm_flush_dcache_to_poc(pud, sizeof(*pud));
518                 }
519
520                 next = pud_addr_end(addr, end);
521                 ret = create_hyp_pmd_mappings(pud, addr, next, pfn, prot);
522                 if (ret)
523                         return ret;
524                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
525         } while (addr = next, addr != end);
526
527         return 0;
528 }
529
530 static int __create_hyp_mappings(pgd_t *pgdp,
531                                  unsigned long start, unsigned long end,
532                                  unsigned long pfn, pgprot_t prot)
533 {
534         pgd_t *pgd;
535         pud_t *pud;
536         unsigned long addr, next;
537         int err = 0;
538
539         mutex_lock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
540         addr = start & PAGE_MASK;
541         end = PAGE_ALIGN(end);
542         do {
543                 pgd = pgdp + pgd_index(addr);
544
545                 if (pgd_none(*pgd)) {
546                         pud = pud_alloc_one(NULL, addr);
547                         if (!pud) {
548                                 kvm_err("Cannot allocate Hyp pud\n");
549                                 err = -ENOMEM;
550                                 goto out;
551                         }
552                         pgd_populate(NULL, pgd, pud);
553                         get_page(virt_to_page(pgd));
554                         kvm_flush_dcache_to_poc(pgd, sizeof(*pgd));
555                 }
556
557                 next = pgd_addr_end(addr, end);
558                 err = create_hyp_pud_mappings(pgd, addr, next, pfn, prot);
559                 if (err)
560                         goto out;
561                 pfn += (next - addr) >> PAGE_SHIFT;
562         } while (addr = next, addr != end);
563 out:
564         mutex_unlock(&kvm_hyp_pgd_mutex);
565         return err;
566 }
567
568 static phys_addr_t kvm_kaddr_to_phys(void *kaddr)
569 {
570         if (!is_vmalloc_addr(kaddr)) {
571                 BUG_ON(!virt_addr_valid(kaddr));
572                 return __pa(kaddr);
573         } else {
574                 return page_to_phys(vmalloc_to_page(kaddr)) +
575                        offset_in_page(kaddr);
576         }
577 }
578
579 /**
580  * create_hyp_mappings - duplicate a kernel virtual address range in Hyp mode
581  * @from:       The virtual kernel start address of the range
582  * @to:         The virtual kernel end address of the range (exclusive)
583  *
584  * The same virtual address as the kernel virtual address is also used
585  * in Hyp-mode mapping (modulo HYP_PAGE_OFFSET) to the same underlying
586  * physical pages.
587  */
588 int create_hyp_mappings(void *from, void *to)
589 {
590         phys_addr_t phys_addr;
591         unsigned long virt_addr;
592         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
593         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
594
595         start = start & PAGE_MASK;
596         end = PAGE_ALIGN(end);
597
598         for (virt_addr = start; virt_addr < end; virt_addr += PAGE_SIZE) {
599                 int err;
600
601                 phys_addr = kvm_kaddr_to_phys(from + virt_addr - start);
602                 err = __create_hyp_mappings(hyp_pgd, virt_addr,
603                                             virt_addr + PAGE_SIZE,
604                                             __phys_to_pfn(phys_addr),
605                                             PAGE_HYP);
606                 if (err)
607                         return err;
608         }
609
610         return 0;
611 }
612
613 /**
614  * create_hyp_io_mappings - duplicate a kernel IO mapping into Hyp mode
615  * @from:       The kernel start VA of the range
616  * @to:         The kernel end VA of the range (exclusive)
617  * @phys_addr:  The physical start address which gets mapped
618  *
619  * The resulting HYP VA is the same as the kernel VA, modulo
620  * HYP_PAGE_OFFSET.
621  */
622 int create_hyp_io_mappings(void *from, void *to, phys_addr_t phys_addr)
623 {
624         unsigned long start = KERN_TO_HYP((unsigned long)from);
625         unsigned long end = KERN_TO_HYP((unsigned long)to);
626
627         /* Check for a valid kernel IO mapping */
628         if (!is_vmalloc_addr(from) || !is_vmalloc_addr(to - 1))
629                 return -EINVAL;
630
631         return __create_hyp_mappings(hyp_pgd, start, end,
632                                      __phys_to_pfn(phys_addr), PAGE_HYP_DEVICE);
633 }
634
635 /* Free the HW pgd, one page at a time */
636 static void kvm_free_hwpgd(void *hwpgd)
637 {
638         free_pages_exact(hwpgd, kvm_get_hwpgd_size());
639 }
640
641 /* Allocate the HW PGD, making sure that each page gets its own refcount */
642 static void *kvm_alloc_hwpgd(void)
643 {
644         unsigned int size = kvm_get_hwpgd_size();
645
646         return alloc_pages_exact(size, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
647 }
648
649 /**
650  * kvm_alloc_stage2_pgd - allocate level-1 table for stage-2 translation.
651  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
652  *
653  * Allocates the 1st level table only of size defined by S2_PGD_ORDER (can
654  * support either full 40-bit input addresses or limited to 32-bit input
655  * addresses). Clears the allocated pages.
656  *
657  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
658  * created, which can only be done once.
659  */
660 int kvm_alloc_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
661 {
662         pgd_t *pgd;
663         void *hwpgd;
664
665         if (kvm->arch.pgd != NULL) {
666                 kvm_err("kvm_arch already initialized?\n");
667                 return -EINVAL;
668         }
669
670         hwpgd = kvm_alloc_hwpgd();
671         if (!hwpgd)
672                 return -ENOMEM;
673
674         /* When the kernel uses more levels of page tables than the
675          * guest, we allocate a fake PGD and pre-populate it to point
676          * to the next-level page table, which will be the real
677          * initial page table pointed to by the VTTBR.
678          *
679          * When KVM_PREALLOC_LEVEL==2, we allocate a single page for
680          * the PMD and the kernel will use folded pud.
681          * When KVM_PREALLOC_LEVEL==1, we allocate 2 consecutive PUD
682          * pages.
683          */
684         if (KVM_PREALLOC_LEVEL > 0) {
685                 int i;
686
687                 /*
688                  * Allocate fake pgd for the page table manipulation macros to
689                  * work.  This is not used by the hardware and we have no
690                  * alignment requirement for this allocation.
691                  */
692                 pgd = (pgd_t *)kmalloc(PTRS_PER_S2_PGD * sizeof(pgd_t),
693                                        GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
694
695                 if (!pgd) {
696                         kvm_free_hwpgd(hwpgd);
697                         return -ENOMEM;
698                 }
699
700                 /* Plug the HW PGD into the fake one. */
701                 for (i = 0; i < PTRS_PER_S2_PGD; i++) {
702                         if (KVM_PREALLOC_LEVEL == 1)
703                                 pgd_populate(NULL, pgd + i,
704                                              (pud_t *)hwpgd + i * PTRS_PER_PUD);
705                         else if (KVM_PREALLOC_LEVEL == 2)
706                                 pud_populate(NULL, pud_offset(pgd, 0) + i,
707                                              (pmd_t *)hwpgd + i * PTRS_PER_PMD);
708                 }
709         } else {
710                 /*
711                  * Allocate actual first-level Stage-2 page table used by the
712                  * hardware for Stage-2 page table walks.
713                  */
714                 pgd = (pgd_t *)hwpgd;
715         }
716
717         kvm_clean_pgd(pgd);
718         kvm->arch.pgd = pgd;
719         return 0;
720 }
721
722 /**
723  * unmap_stage2_range -- Clear stage2 page table entries to unmap a range
724  * @kvm:   The VM pointer
725  * @start: The intermediate physical base address of the range to unmap
726  * @size:  The size of the area to unmap
727  *
728  * Clear a range of stage-2 mappings, lowering the various ref-counts.  Must
729  * be called while holding mmu_lock (unless for freeing the stage2 pgd before
730  * destroying the VM), otherwise another faulting VCPU may come in and mess
731  * with things behind our backs.
732  */
733 static void unmap_stage2_range(struct kvm *kvm, phys_addr_t start, u64 size)
734 {
735         unmap_range(kvm, kvm->arch.pgd, start, size);
736 }
737
738 static void stage2_unmap_memslot(struct kvm *kvm,
739                                  struct kvm_memory_slot *memslot)
740 {
741         hva_t hva = memslot->userspace_addr;
742         phys_addr_t addr = memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT;
743         phys_addr_t size = PAGE_SIZE * memslot->npages;
744         hva_t reg_end = hva + size;
745
746         /*
747          * A memory region could potentially cover multiple VMAs, and any holes
748          * between them, so iterate over all of them to find out if we should
749          * unmap any of them.
750          *
751          *     +--------------------------------------------+
752          * +---------------+----------------+   +----------------+
753          * |   : VMA 1     |      VMA 2     |   |    VMA 3  :    |
754          * +---------------+----------------+   +----------------+
755          *     |               memory region                |
756          *     +--------------------------------------------+
757          */
758         do {
759                 struct vm_area_struct *vma = find_vma(current->mm, hva);
760                 hva_t vm_start, vm_end;
761
762                 if (!vma || vma->vm_start >= reg_end)
763                         break;
764
765                 /*
766                  * Take the intersection of this VMA with the memory region
767                  */
768                 vm_start = max(hva, vma->vm_start);
769                 vm_end = min(reg_end, vma->vm_end);
770
771                 if (!(vma->vm_flags & VM_PFNMAP)) {
772                         gpa_t gpa = addr + (vm_start - memslot->userspace_addr);
773                         unmap_stage2_range(kvm, gpa, vm_end - vm_start);
774                 }
775                 hva = vm_end;
776         } while (hva < reg_end);
777 }
778
779 /**
780  * stage2_unmap_vm - Unmap Stage-2 RAM mappings
781  * @kvm: The struct kvm pointer
782  *
783  * Go through the memregions and unmap any reguler RAM
784  * backing memory already mapped to the VM.
785  */
786 void stage2_unmap_vm(struct kvm *kvm)
787 {
788         struct kvm_memslots *slots;
789         struct kvm_memory_slot *memslot;
790         int idx;
791
792         idx = srcu_read_lock(&kvm->srcu);
793         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
794
795         slots = kvm_memslots(kvm);
796         kvm_for_each_memslot(memslot, slots)
797                 stage2_unmap_memslot(kvm, memslot);
798
799         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
800         srcu_read_unlock(&kvm->srcu, idx);
801 }
802
803 /**
804  * kvm_free_stage2_pgd - free all stage-2 tables
805  * @kvm:        The KVM struct pointer for the VM.
806  *
807  * Walks the level-1 page table pointed to by kvm->arch.pgd and frees all
808  * underlying level-2 and level-3 tables before freeing the actual level-1 table
809  * and setting the struct pointer to NULL.
810  *
811  * Note we don't need locking here as this is only called when the VM is
812  * destroyed, which can only be done once.
813  */
814 void kvm_free_stage2_pgd(struct kvm *kvm)
815 {
816         if (kvm->arch.pgd == NULL)
817                 return;
818
819         unmap_stage2_range(kvm, 0, KVM_PHYS_SIZE);
820         kvm_free_hwpgd(kvm_get_hwpgd(kvm));
821         if (KVM_PREALLOC_LEVEL > 0)
822                 kfree(kvm->arch.pgd);
823
824         kvm->arch.pgd = NULL;
825 }
826
827 static pud_t *stage2_get_pud(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
828                              phys_addr_t addr)
829 {
830         pgd_t *pgd;
831         pud_t *pud;
832
833         pgd = kvm->arch.pgd + kvm_pgd_index(addr);
834         if (WARN_ON(pgd_none(*pgd))) {
835                 if (!cache)
836                         return NULL;
837                 pud = mmu_memory_cache_alloc(cache);
838                 pgd_populate(NULL, pgd, pud);
839                 get_page(virt_to_page(pgd));
840         }
841
842         return pud_offset(pgd, addr);
843 }
844
845 static pmd_t *stage2_get_pmd(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
846                              phys_addr_t addr)
847 {
848         pud_t *pud;
849         pmd_t *pmd;
850
851         pud = stage2_get_pud(kvm, cache, addr);
852         if (pud_none(*pud)) {
853                 if (!cache)
854                         return NULL;
855                 pmd = mmu_memory_cache_alloc(cache);
856                 pud_populate(NULL, pud, pmd);
857                 get_page(virt_to_page(pud));
858         }
859
860         return pmd_offset(pud, addr);
861 }
862
863 static int stage2_set_pmd_huge(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache
864                                *cache, phys_addr_t addr, const pmd_t *new_pmd)
865 {
866         pmd_t *pmd, old_pmd;
867
868         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
869         VM_BUG_ON(!pmd);
870
871         /*
872          * Mapping in huge pages should only happen through a fault.  If a
873          * page is merged into a transparent huge page, the individual
874          * subpages of that huge page should be unmapped through MMU
875          * notifiers before we get here.
876          *
877          * Merging of CompoundPages is not supported; they should become
878          * splitting first, unmapped, merged, and mapped back in on-demand.
879          */
880         VM_BUG_ON(pmd_present(*pmd) && pmd_pfn(*pmd) != pmd_pfn(*new_pmd));
881
882         old_pmd = *pmd;
883         kvm_set_pmd(pmd, *new_pmd);
884         if (pmd_present(old_pmd))
885                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
886         else
887                 get_page(virt_to_page(pmd));
888         return 0;
889 }
890
891 static int stage2_set_pte(struct kvm *kvm, struct kvm_mmu_memory_cache *cache,
892                           phys_addr_t addr, const pte_t *new_pte,
893                           unsigned long flags)
894 {
895         pmd_t *pmd;
896         pte_t *pte, old_pte;
897         bool iomap = flags & KVM_S2PTE_FLAG_IS_IOMAP;
898         bool logging_active = flags & KVM_S2_FLAG_LOGGING_ACTIVE;
899
900         VM_BUG_ON(logging_active && !cache);
901
902         /* Create stage-2 page table mapping - Levels 0 and 1 */
903         pmd = stage2_get_pmd(kvm, cache, addr);
904         if (!pmd) {
905                 /*
906                  * Ignore calls from kvm_set_spte_hva for unallocated
907                  * address ranges.
908                  */
909                 return 0;
910         }
911
912         /*
913          * While dirty page logging - dissolve huge PMD, then continue on to
914          * allocate page.
915          */
916         if (logging_active)
917                 stage2_dissolve_pmd(kvm, addr, pmd);
918
919         /* Create stage-2 page mappings - Level 2 */
920         if (pmd_none(*pmd)) {
921                 if (!cache)
922                         return 0; /* ignore calls from kvm_set_spte_hva */
923                 pte = mmu_memory_cache_alloc(cache);
924                 kvm_clean_pte(pte);
925                 pmd_populate_kernel(NULL, pmd, pte);
926                 get_page(virt_to_page(pmd));
927         }
928
929         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
930
931         if (iomap && pte_present(*pte))
932                 return -EFAULT;
933
934         /* Create 2nd stage page table mapping - Level 3 */
935         old_pte = *pte;
936         kvm_set_pte(pte, *new_pte);
937         if (pte_present(old_pte))
938                 kvm_tlb_flush_vmid_ipa(kvm, addr);
939         else
940                 get_page(virt_to_page(pte));
941
942         return 0;
943 }
944
945 /**
946  * kvm_phys_addr_ioremap - map a device range to guest IPA
947  *
948  * @kvm:        The KVM pointer
949  * @guest_ipa:  The IPA at which to insert the mapping
950  * @pa:         The physical address of the device
951  * @size:       The size of the mapping
952  */
953 int kvm_phys_addr_ioremap(struct kvm *kvm, phys_addr_t guest_ipa,
954                           phys_addr_t pa, unsigned long size, bool writable)
955 {
956         phys_addr_t addr, end;
957         int ret = 0;
958         unsigned long pfn;
959         struct kvm_mmu_memory_cache cache = { 0, };
960
961         end = (guest_ipa + size + PAGE_SIZE - 1) & PAGE_MASK;
962         pfn = __phys_to_pfn(pa);
963
964         for (addr = guest_ipa; addr < end; addr += PAGE_SIZE) {
965                 pte_t pte = pfn_pte(pfn, PAGE_S2_DEVICE);
966
967                 if (writable)
968                         kvm_set_s2pte_writable(&pte);
969
970                 ret = mmu_topup_memory_cache(&cache, KVM_MMU_CACHE_MIN_PAGES,
971                                                 KVM_NR_MEM_OBJS);
972                 if (ret)
973                         goto out;
974                 spin_lock(&kvm->mmu_lock);
975                 ret = stage2_set_pte(kvm, &cache, addr, &pte,
976                                                 KVM_S2PTE_FLAG_IS_IOMAP);
977                 spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
978                 if (ret)
979                         goto out;
980
981                 pfn++;
982         }
983
984 out:
985         mmu_free_memory_cache(&cache);
986         return ret;
987 }
988
989 static bool transparent_hugepage_adjust(pfn_t *pfnp, phys_addr_t *ipap)
990 {
991         pfn_t pfn = *pfnp;
992         gfn_t gfn = *ipap >> PAGE_SHIFT;
993
994         if (PageTransCompound(pfn_to_page(pfn))) {
995                 unsigned long mask;
996                 /*
997                  * The address we faulted on is backed by a transparent huge
998                  * page.  However, because we map the compound huge page and
999                  * not the individual tail page, we need to transfer the
1000                  * refcount to the head page.  We have to be careful that the
1001                  * THP doesn't start to split while we are adjusting the
1002                  * refcounts.
1003                  *
1004                  * We are sure this doesn't happen, because mmu_notifier_retry
1005                  * was successful and we are holding the mmu_lock, so if this
1006                  * THP is trying to split, it will be blocked in the mmu
1007                  * notifier before touching any of the pages, specifically
1008                  * before being able to call __split_huge_page_refcount().
1009                  *
1010                  * We can therefore safely transfer the refcount from PG_tail
1011                  * to PG_head and switch the pfn from a tail page to the head
1012                  * page accordingly.
1013                  */
1014                 mask = PTRS_PER_PMD - 1;
1015                 VM_BUG_ON((gfn & mask) != (pfn & mask));
1016                 if (pfn & mask) {
1017                         *ipap &= PMD_MASK;
1018                         kvm_release_pfn_clean(pfn);
1019                         pfn &= ~mask;
1020                         kvm_get_pfn(pfn);
1021                         *pfnp = pfn;
1022                 }
1023
1024                 return true;
1025         }
1026
1027         return false;
1028 }
1029
1030 static bool kvm_is_write_fault(struct kvm_vcpu *vcpu)
1031 {
1032         if (kvm_vcpu_trap_is_iabt(vcpu))
1033                 return false;
1034
1035         return kvm_vcpu_dabt_iswrite(vcpu);
1036 }
1037
1038 static bool kvm_is_device_pfn(unsigned long pfn)
1039 {
1040         return !pfn_valid(pfn);
1041 }
1042
1043 /**
1044  * stage2_wp_ptes - write protect PMD range
1045  * @pmd:        pointer to pmd entry
1046  * @addr:       range start address
1047  * @end:        range end address
1048  */
1049 static void stage2_wp_ptes(pmd_t *pmd, phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
1050 {
1051         pte_t *pte;
1052
1053         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
1054         do {
1055                 if (!pte_none(*pte)) {
1056                         if (!kvm_s2pte_readonly(pte))
1057                                 kvm_set_s2pte_readonly(pte);
1058                 }
1059         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
1060 }
1061
1062 /**
1063  * stage2_wp_pmds - write protect PUD range
1064  * @pud:        pointer to pud entry
1065  * @addr:       range start address
1066  * @end:        range end address
1067  */
1068 static void stage2_wp_pmds(pud_t *pud, phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
1069 {
1070         pmd_t *pmd;
1071         phys_addr_t next;
1072
1073         pmd = pmd_offset(pud, addr);
1074
1075         do {
1076                 next = kvm_pmd_addr_end(addr, end);
1077                 if (!pmd_none(*pmd)) {
1078                         if (kvm_pmd_huge(*pmd)) {
1079                                 if (!kvm_s2pmd_readonly(pmd))
1080                                         kvm_set_s2pmd_readonly(pmd);
1081                         } else {
1082                                 stage2_wp_ptes(pmd, addr, next);
1083                         }
1084                 }
1085         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
1086 }
1087
1088 /**
1089   * stage2_wp_puds - write protect PGD range
1090   * @pgd:       pointer to pgd entry
1091   * @addr:      range start address
1092   * @end:       range end address
1093   *
1094   * Process PUD entries, for a huge PUD we cause a panic.
1095   */
1096 static void  stage2_wp_puds(pgd_t *pgd, phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
1097 {
1098         pud_t *pud;
1099         phys_addr_t next;
1100
1101         pud = pud_offset(pgd, addr);
1102         do {
1103                 next = kvm_pud_addr_end(addr, end);
1104                 if (!pud_none(*pud)) {
1105                         /* TODO:PUD not supported, revisit later if supported */
1106                         BUG_ON(kvm_pud_huge(*pud));
1107                         stage2_wp_pmds(pud, addr, next);
1108                 }
1109         } while (pud++, addr = next, addr != end);
1110 }
1111
1112 /**
1113  * stage2_wp_range() - write protect stage2 memory region range
1114  * @kvm:        The KVM pointer
1115  * @addr:       Start address of range
1116  * @end:        End address of range
1117  */
1118 static void stage2_wp_range(struct kvm *kvm, phys_addr_t addr, phys_addr_t end)
1119 {
1120         pgd_t *pgd;
1121         phys_addr_t next;
1122
1123         pgd = kvm->arch.pgd + kvm_pgd_index(addr);
1124         do {
1125                 /*
1126                  * Release kvm_mmu_lock periodically if the memory region is
1127                  * large. Otherwise, we may see kernel panics with
1128                  * CONFIG_DETECT_HUNG_TASK, CONFIG_LOCKUP_DETECTOR,
1129                  * CONFIG_LOCKDEP. Additionally, holding the lock too long
1130                  * will also starve other vCPUs.
1131                  */
1132                 if (need_resched() || spin_needbreak(&kvm->mmu_lock))
1133                         cond_resched_lock(&kvm->mmu_lock);
1134
1135                 next = kvm_pgd_addr_end(addr, end);
1136                 if (pgd_present(*pgd))
1137                         stage2_wp_puds(pgd, addr, next);
1138         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
1139 }
1140
1141 /**
1142  * kvm_mmu_wp_memory_region() - write protect stage 2 entries for memory slot
1143  * @kvm:        The KVM pointer
1144  * @slot:       The memory slot to write protect
1145  *
1146  * Called to start logging dirty pages after memory region
1147  * KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES operation is called. After this function returns
1148  * all present PMD and PTEs are write protected in the memory region.
1149  * Afterwards read of dirty page log can be called.
1150  *
1151  * Acquires kvm_mmu_lock. Called with kvm->slots_lock mutex acquired,
1152  * serializing operations for VM memory regions.
1153  */
1154 void kvm_mmu_wp_memory_region(struct kvm *kvm, int slot)
1155 {
1156         struct kvm_memory_slot *memslot = id_to_memslot(kvm->memslots, slot);
1157         phys_addr_t start = memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT;
1158         phys_addr_t end = (memslot->base_gfn + memslot->npages) << PAGE_SHIFT;
1159
1160         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
1161         stage2_wp_range(kvm, start, end);
1162         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
1163         kvm_flush_remote_tlbs(kvm);
1164 }
1165
1166 /**
1167  * kvm_mmu_write_protect_pt_masked() - write protect dirty pages
1168  * @kvm:        The KVM pointer
1169  * @slot:       The memory slot associated with mask
1170  * @gfn_offset: The gfn offset in memory slot
1171  * @mask:       The mask of dirty pages at offset 'gfn_offset' in this memory
1172  *              slot to be write protected
1173  *
1174  * Walks bits set in mask write protects the associated pte's. Caller must
1175  * acquire kvm_mmu_lock.
1176  */
1177 static void kvm_mmu_write_protect_pt_masked(struct kvm *kvm,
1178                 struct kvm_memory_slot *slot,
1179                 gfn_t gfn_offset, unsigned long mask)
1180 {
1181         phys_addr_t base_gfn = slot->base_gfn + gfn_offset;
1182         phys_addr_t start = (base_gfn +  __ffs(mask)) << PAGE_SHIFT;
1183         phys_addr_t end = (base_gfn + __fls(mask) + 1) << PAGE_SHIFT;
1184
1185         stage2_wp_range(kvm, start, end);
1186 }
1187
1188 /*
1189  * kvm_arch_mmu_enable_log_dirty_pt_masked - enable dirty logging for selected
1190  * dirty pages.
1191  *
1192  * It calls kvm_mmu_write_protect_pt_masked to write protect selected pages to
1193  * enable dirty logging for them.
1194  */
1195 void kvm_arch_mmu_enable_log_dirty_pt_masked(struct kvm *kvm,
1196                 struct kvm_memory_slot *slot,
1197                 gfn_t gfn_offset, unsigned long mask)
1198 {
1199         kvm_mmu_write_protect_pt_masked(kvm, slot, gfn_offset, mask);
1200 }
1201
1202 static void coherent_cache_guest_page(struct kvm_vcpu *vcpu, pfn_t pfn,
1203                                       unsigned long size, bool uncached)
1204 {
1205         __coherent_cache_guest_page(vcpu, pfn, size, uncached);
1206 }
1207
1208 static int user_mem_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, phys_addr_t fault_ipa,
1209                           struct kvm_memory_slot *memslot, unsigned long hva,
1210                           unsigned long fault_status)
1211 {
1212         int ret;
1213         bool write_fault, writable, hugetlb = false, force_pte = false;
1214         unsigned long mmu_seq;
1215         gfn_t gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
1216         struct kvm *kvm = vcpu->kvm;
1217         struct kvm_mmu_memory_cache *memcache = &vcpu->arch.mmu_page_cache;
1218         struct vm_area_struct *vma;
1219         pfn_t pfn;
1220         pgprot_t mem_type = PAGE_S2;
1221         bool fault_ipa_uncached;
1222         bool logging_active = memslot_is_logging(memslot);
1223         unsigned long flags = 0;
1224
1225         write_fault = kvm_is_write_fault(vcpu);
1226         if (fault_status == FSC_PERM && !write_fault) {
1227                 kvm_err("Unexpected L2 read permission error\n");
1228                 return -EFAULT;
1229         }
1230
1231         /* Let's check if we will get back a huge page backed by hugetlbfs */
1232         down_read(&current->mm->mmap_sem);
1233         vma = find_vma_intersection(current->mm, hva, hva + 1);
1234         if (unlikely(!vma)) {
1235                 kvm_err("Failed to find VMA for hva 0x%lx\n", hva);
1236                 up_read(&current->mm->mmap_sem);
1237                 return -EFAULT;
1238         }
1239
1240         if (is_vm_hugetlb_page(vma) && !logging_active) {
1241                 hugetlb = true;
1242                 gfn = (fault_ipa & PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT;
1243         } else {
1244                 /*
1245                  * Pages belonging to memslots that don't have the same
1246                  * alignment for userspace and IPA cannot be mapped using
1247                  * block descriptors even if the pages belong to a THP for
1248                  * the process, because the stage-2 block descriptor will
1249                  * cover more than a single THP and we loose atomicity for
1250                  * unmapping, updates, and splits of the THP or other pages
1251                  * in the stage-2 block range.
1252                  */
1253                 if ((memslot->userspace_addr & ~PMD_MASK) !=
1254                     ((memslot->base_gfn << PAGE_SHIFT) & ~PMD_MASK))
1255                         force_pte = true;
1256         }
1257         up_read(&current->mm->mmap_sem);
1258
1259         /* We need minimum second+third level pages */
1260         ret = mmu_topup_memory_cache(memcache, KVM_MMU_CACHE_MIN_PAGES,
1261                                      KVM_NR_MEM_OBJS);
1262         if (ret)
1263                 return ret;
1264
1265         mmu_seq = vcpu->kvm->mmu_notifier_seq;
1266         /*
1267          * Ensure the read of mmu_notifier_seq happens before we call
1268          * gfn_to_pfn_prot (which calls get_user_pages), so that we don't risk
1269          * the page we just got a reference to gets unmapped before we have a
1270          * chance to grab the mmu_lock, which ensure that if the page gets
1271          * unmapped afterwards, the call to kvm_unmap_hva will take it away
1272          * from us again properly. This smp_rmb() interacts with the smp_wmb()
1273          * in kvm_mmu_notifier_invalidate_<page|range_end>.
1274          */
1275         smp_rmb();
1276
1277         pfn = gfn_to_pfn_prot(kvm, gfn, write_fault, &writable);
1278         if (is_error_pfn(pfn))
1279                 return -EFAULT;
1280
1281         if (kvm_is_device_pfn(pfn)) {
1282                 mem_type = PAGE_S2_DEVICE;
1283                 flags |= KVM_S2PTE_FLAG_IS_IOMAP;
1284         } else if (logging_active) {
1285                 /*
1286                  * Faults on pages in a memslot with logging enabled
1287                  * should not be mapped with huge pages (it introduces churn
1288                  * and performance degradation), so force a pte mapping.
1289                  */
1290                 force_pte = true;
1291                 flags |= KVM_S2_FLAG_LOGGING_ACTIVE;
1292
1293                 /*
1294                  * Only actually map the page as writable if this was a write
1295                  * fault.
1296                  */
1297                 if (!write_fault)
1298                         writable = false;
1299         }
1300
1301         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
1302         if (mmu_notifier_retry(kvm, mmu_seq))
1303                 goto out_unlock;
1304
1305         if (!hugetlb && !force_pte)
1306                 hugetlb = transparent_hugepage_adjust(&pfn, &fault_ipa);
1307
1308         fault_ipa_uncached = memslot->flags & KVM_MEMSLOT_INCOHERENT;
1309
1310         if (hugetlb) {
1311                 pmd_t new_pmd = pfn_pmd(pfn, mem_type);
1312                 new_pmd = pmd_mkhuge(new_pmd);
1313                 if (writable) {
1314                         kvm_set_s2pmd_writable(&new_pmd);
1315                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
1316                 }
1317                 coherent_cache_guest_page(vcpu, pfn, PMD_SIZE, fault_ipa_uncached);
1318                 ret = stage2_set_pmd_huge(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pmd);
1319         } else {
1320                 pte_t new_pte = pfn_pte(pfn, mem_type);
1321
1322                 if (writable) {
1323                         kvm_set_s2pte_writable(&new_pte);
1324                         kvm_set_pfn_dirty(pfn);
1325                         mark_page_dirty(kvm, gfn);
1326                 }
1327                 coherent_cache_guest_page(vcpu, pfn, PAGE_SIZE, fault_ipa_uncached);
1328                 ret = stage2_set_pte(kvm, memcache, fault_ipa, &new_pte, flags);
1329         }
1330
1331 out_unlock:
1332         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
1333         kvm_release_pfn_clean(pfn);
1334         return ret;
1335 }
1336
1337 /**
1338  * kvm_handle_guest_abort - handles all 2nd stage aborts
1339  * @vcpu:       the VCPU pointer
1340  * @run:        the kvm_run structure
1341  *
1342  * Any abort that gets to the host is almost guaranteed to be caused by a
1343  * missing second stage translation table entry, which can mean that either the
1344  * guest simply needs more memory and we must allocate an appropriate page or it
1345  * can mean that the guest tried to access I/O memory, which is emulated by user
1346  * space. The distinction is based on the IPA causing the fault and whether this
1347  * memory region has been registered as standard RAM by user space.
1348  */
1349 int kvm_handle_guest_abort(struct kvm_vcpu *vcpu, struct kvm_run *run)
1350 {
1351         unsigned long fault_status;
1352         phys_addr_t fault_ipa;
1353         struct kvm_memory_slot *memslot;
1354         unsigned long hva;
1355         bool is_iabt, write_fault, writable;
1356         gfn_t gfn;
1357         int ret, idx;
1358
1359         is_iabt = kvm_vcpu_trap_is_iabt(vcpu);
1360         fault_ipa = kvm_vcpu_get_fault_ipa(vcpu);
1361
1362         trace_kvm_guest_fault(*vcpu_pc(vcpu), kvm_vcpu_get_hsr(vcpu),
1363                               kvm_vcpu_get_hfar(vcpu), fault_ipa);
1364
1365         /* Check the stage-2 fault is trans. fault or write fault */
1366         fault_status = kvm_vcpu_trap_get_fault_type(vcpu);
1367         if (fault_status != FSC_FAULT && fault_status != FSC_PERM) {
1368                 kvm_err("Unsupported FSC: EC=%#x xFSC=%#lx ESR_EL2=%#lx\n",
1369                         kvm_vcpu_trap_get_class(vcpu),
1370                         (unsigned long)kvm_vcpu_trap_get_fault(vcpu),
1371                         (unsigned long)kvm_vcpu_get_hsr(vcpu));
1372                 return -EFAULT;
1373         }
1374
1375         idx = srcu_read_lock(&vcpu->kvm->srcu);
1376
1377         gfn = fault_ipa >> PAGE_SHIFT;
1378         memslot = gfn_to_memslot(vcpu->kvm, gfn);
1379         hva = gfn_to_hva_memslot_prot(memslot, gfn, &writable);
1380         write_fault = kvm_is_write_fault(vcpu);
1381         if (kvm_is_error_hva(hva) || (write_fault && !writable)) {
1382                 if (is_iabt) {
1383                         /* Prefetch Abort on I/O address */
1384                         kvm_inject_pabt(vcpu, kvm_vcpu_get_hfar(vcpu));
1385                         ret = 1;
1386                         goto out_unlock;
1387                 }
1388
1389                 /*
1390                  * The IPA is reported as [MAX:12], so we need to
1391                  * complement it with the bottom 12 bits from the
1392                  * faulting VA. This is always 12 bits, irrespective
1393                  * of the page size.
1394                  */
1395                 fault_ipa |= kvm_vcpu_get_hfar(vcpu) & ((1 << 12) - 1);
1396                 ret = io_mem_abort(vcpu, run, fault_ipa);
1397                 goto out_unlock;
1398         }
1399
1400         /* Userspace should not be able to register out-of-bounds IPAs */
1401         VM_BUG_ON(fault_ipa >= KVM_PHYS_SIZE);
1402
1403         ret = user_mem_abort(vcpu, fault_ipa, memslot, hva, fault_status);
1404         if (ret == 0)
1405                 ret = 1;
1406 out_unlock:
1407         srcu_read_unlock(&vcpu->kvm->srcu, idx);
1408         return ret;
1409 }
1410
1411 static void handle_hva_to_gpa(struct kvm *kvm,
1412                               unsigned long start,
1413                               unsigned long end,
1414                               void (*handler)(struct kvm *kvm,
1415                                               gpa_t gpa, void *data),
1416                               void *data)
1417 {
1418         struct kvm_memslots *slots;
1419         struct kvm_memory_slot *memslot;
1420
1421         slots = kvm_memslots(kvm);
1422
1423         /* we only care about the pages that the guest sees */
1424         kvm_for_each_memslot(memslot, slots) {
1425                 unsigned long hva_start, hva_end;
1426                 gfn_t gfn, gfn_end;
1427
1428                 hva_start = max(start, memslot->userspace_addr);
1429                 hva_end = min(end, memslot->userspace_addr +
1430                                         (memslot->npages << PAGE_SHIFT));
1431                 if (hva_start >= hva_end)
1432                         continue;
1433
1434                 /*
1435                  * {gfn(page) | page intersects with [hva_start, hva_end)} =
1436                  * {gfn_start, gfn_start+1, ..., gfn_end-1}.
1437                  */
1438                 gfn = hva_to_gfn_memslot(hva_start, memslot);
1439                 gfn_end = hva_to_gfn_memslot(hva_end + PAGE_SIZE - 1, memslot);
1440
1441                 for (; gfn < gfn_end; ++gfn) {
1442                         gpa_t gpa = gfn << PAGE_SHIFT;
1443                         handler(kvm, gpa, data);
1444                 }
1445         }
1446 }
1447
1448 static void kvm_unmap_hva_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
1449 {
1450         unmap_stage2_range(kvm, gpa, PAGE_SIZE);
1451 }
1452
1453 int kvm_unmap_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva)
1454 {
1455         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
1456
1457         if (!kvm->arch.pgd)
1458                 return 0;
1459
1460         trace_kvm_unmap_hva(hva);
1461         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
1462         return 0;
1463 }
1464
1465 int kvm_unmap_hva_range(struct kvm *kvm,
1466                         unsigned long start, unsigned long end)
1467 {
1468         if (!kvm->arch.pgd)
1469                 return 0;
1470
1471         trace_kvm_unmap_hva_range(start, end);
1472         handle_hva_to_gpa(kvm, start, end, &kvm_unmap_hva_handler, NULL);
1473         return 0;
1474 }
1475
1476 static void kvm_set_spte_handler(struct kvm *kvm, gpa_t gpa, void *data)
1477 {
1478         pte_t *pte = (pte_t *)data;
1479
1480         /*
1481          * We can always call stage2_set_pte with KVM_S2PTE_FLAG_LOGGING_ACTIVE
1482          * flag clear because MMU notifiers will have unmapped a huge PMD before
1483          * calling ->change_pte() (which in turn calls kvm_set_spte_hva()) and
1484          * therefore stage2_set_pte() never needs to clear out a huge PMD
1485          * through this calling path.
1486          */
1487         stage2_set_pte(kvm, NULL, gpa, pte, 0);
1488 }
1489
1490
1491 void kvm_set_spte_hva(struct kvm *kvm, unsigned long hva, pte_t pte)
1492 {
1493         unsigned long end = hva + PAGE_SIZE;
1494         pte_t stage2_pte;
1495
1496         if (!kvm->arch.pgd)
1497                 return;
1498
1499         trace_kvm_set_spte_hva(hva);
1500         stage2_pte = pfn_pte(pte_pfn(pte), PAGE_S2);
1501         handle_hva_to_gpa(kvm, hva, end, &kvm_set_spte_handler, &stage2_pte);
1502 }
1503
1504 void kvm_mmu_free_memory_caches(struct kvm_vcpu *vcpu)
1505 {
1506         mmu_free_memory_cache(&vcpu->arch.mmu_page_cache);
1507 }
1508
1509 phys_addr_t kvm_mmu_get_httbr(void)
1510 {
1511         return virt_to_phys(hyp_pgd);
1512 }
1513
1514 phys_addr_t kvm_mmu_get_boot_httbr(void)
1515 {
1516         return virt_to_phys(boot_hyp_pgd);
1517 }
1518
1519 phys_addr_t kvm_get_idmap_vector(void)
1520 {
1521         return hyp_idmap_vector;
1522 }
1523
1524 int kvm_mmu_init(void)
1525 {
1526         int err;
1527
1528         hyp_idmap_start = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_start);
1529         hyp_idmap_end = kvm_virt_to_phys(__hyp_idmap_text_end);
1530         hyp_idmap_vector = kvm_virt_to_phys(__kvm_hyp_init);
1531
1532         if ((hyp_idmap_start ^ hyp_idmap_end) & PAGE_MASK) {
1533                 /*
1534                  * Our init code is crossing a page boundary. Allocate
1535                  * a bounce page, copy the code over and use that.
1536                  */
1537                 size_t len = __hyp_idmap_text_end - __hyp_idmap_text_start;
1538                 phys_addr_t phys_base;
1539
1540                 init_bounce_page = (void *)__get_free_page(GFP_KERNEL);
1541                 if (!init_bounce_page) {
1542                         kvm_err("Couldn't allocate HYP init bounce page\n");
1543                         err = -ENOMEM;
1544                         goto out;
1545                 }
1546
1547                 memcpy(init_bounce_page, __hyp_idmap_text_start, len);
1548                 /*
1549                  * Warning: the code we just copied to the bounce page
1550                  * must be flushed to the point of coherency.
1551                  * Otherwise, the data may be sitting in L2, and HYP
1552                  * mode won't be able to observe it as it runs with
1553                  * caches off at that point.
1554                  */
1555                 kvm_flush_dcache_to_poc(init_bounce_page, len);
1556
1557                 phys_base = kvm_virt_to_phys(init_bounce_page);
1558                 hyp_idmap_vector += phys_base - hyp_idmap_start;
1559                 hyp_idmap_start = phys_base;
1560                 hyp_idmap_end = phys_base + len;
1561
1562                 kvm_info("Using HYP init bounce page @%lx\n",
1563                          (unsigned long)phys_base);
1564         }
1565
1566         hyp_pgd = (pgd_t *)__get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, hyp_pgd_order);
1567         boot_hyp_pgd = (pgd_t *)__get_free_pages(GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, hyp_pgd_order);
1568
1569         if (!hyp_pgd || !boot_hyp_pgd) {
1570                 kvm_err("Hyp mode PGD not allocated\n");
1571                 err = -ENOMEM;
1572                 goto out;
1573         }
1574
1575         /* Create the idmap in the boot page tables */
1576         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
1577                                       hyp_idmap_start, hyp_idmap_end,
1578                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1579                                       PAGE_HYP);
1580
1581         if (err) {
1582                 kvm_err("Failed to idmap %lx-%lx\n",
1583                         hyp_idmap_start, hyp_idmap_end);
1584                 goto out;
1585         }
1586
1587         /* Map the very same page at the trampoline VA */
1588         err =   __create_hyp_mappings(boot_hyp_pgd,
1589                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
1590                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1591                                       PAGE_HYP);
1592         if (err) {
1593                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into boot HYP pgd\n",
1594                         TRAMPOLINE_VA);
1595                 goto out;
1596         }
1597
1598         /* Map the same page again into the runtime page tables */
1599         err =   __create_hyp_mappings(hyp_pgd,
1600                                       TRAMPOLINE_VA, TRAMPOLINE_VA + PAGE_SIZE,
1601                                       __phys_to_pfn(hyp_idmap_start),
1602                                       PAGE_HYP);
1603         if (err) {
1604                 kvm_err("Failed to map trampoline @%lx into runtime HYP pgd\n",
1605                         TRAMPOLINE_VA);
1606                 goto out;
1607         }
1608
1609         return 0;
1610 out:
1611         free_hyp_pgds();
1612         return err;
1613 }
1614
1615 void kvm_arch_commit_memory_region(struct kvm *kvm,
1616                                    struct kvm_userspace_memory_region *mem,
1617                                    const struct kvm_memory_slot *old,
1618                                    enum kvm_mr_change change)
1619 {
1620         /*
1621          * At this point memslot has been committed and there is an
1622          * allocated dirty_bitmap[], dirty pages will be be tracked while the
1623          * memory slot is write protected.
1624          */
1625         if (change != KVM_MR_DELETE && mem->flags & KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES)
1626                 kvm_mmu_wp_memory_region(kvm, mem->slot);
1627 }
1628
1629 int kvm_arch_prepare_memory_region(struct kvm *kvm,
1630                                    struct kvm_memory_slot *memslot,
1631                                    struct kvm_userspace_memory_region *mem,
1632                                    enum kvm_mr_change change)
1633 {
1634         hva_t hva = mem->userspace_addr;
1635         hva_t reg_end = hva + mem->memory_size;
1636         bool writable = !(mem->flags & KVM_MEM_READONLY);
1637         int ret = 0;
1638
1639         if (change != KVM_MR_CREATE && change != KVM_MR_MOVE &&
1640                         change != KVM_MR_FLAGS_ONLY)
1641                 return 0;
1642
1643         /*
1644          * Prevent userspace from creating a memory region outside of the IPA
1645          * space addressable by the KVM guest IPA space.
1646          */
1647         if (memslot->base_gfn + memslot->npages >=
1648             (KVM_PHYS_SIZE >> PAGE_SHIFT))
1649                 return -EFAULT;
1650
1651         /*
1652          * A memory region could potentially cover multiple VMAs, and any holes
1653          * between them, so iterate over all of them to find out if we can map
1654          * any of them right now.
1655          *
1656          *     +--------------------------------------------+
1657          * +---------------+----------------+   +----------------+
1658          * |   : VMA 1     |      VMA 2     |   |    VMA 3  :    |
1659          * +---------------+----------------+   +----------------+
1660          *     |               memory region                |
1661          *     +--------------------------------------------+
1662          */
1663         do {
1664                 struct vm_area_struct *vma = find_vma(current->mm, hva);
1665                 hva_t vm_start, vm_end;
1666
1667                 if (!vma || vma->vm_start >= reg_end)
1668                         break;
1669
1670                 /*
1671                  * Mapping a read-only VMA is only allowed if the
1672                  * memory region is configured as read-only.
1673                  */
1674                 if (writable && !(vma->vm_flags & VM_WRITE)) {
1675                         ret = -EPERM;
1676                         break;
1677                 }
1678
1679                 /*
1680                  * Take the intersection of this VMA with the memory region
1681                  */
1682                 vm_start = max(hva, vma->vm_start);
1683                 vm_end = min(reg_end, vma->vm_end);
1684
1685                 if (vma->vm_flags & VM_PFNMAP) {
1686                         gpa_t gpa = mem->guest_phys_addr +
1687                                     (vm_start - mem->userspace_addr);
1688                         phys_addr_t pa = (vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT) +
1689                                          vm_start - vma->vm_start;
1690
1691                         /* IO region dirty page logging not allowed */
1692                         if (memslot->flags & KVM_MEM_LOG_DIRTY_PAGES)
1693                                 return -EINVAL;
1694
1695                         ret = kvm_phys_addr_ioremap(kvm, gpa, pa,
1696                                                     vm_end - vm_start,
1697                                                     writable);
1698                         if (ret)
1699                                 break;
1700                 }
1701                 hva = vm_end;
1702         } while (hva < reg_end);
1703
1704         if (change == KVM_MR_FLAGS_ONLY)
1705                 return ret;
1706
1707         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
1708         if (ret)
1709                 unmap_stage2_range(kvm, mem->guest_phys_addr, mem->memory_size);
1710         else
1711                 stage2_flush_memslot(kvm, memslot);
1712         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
1713         return ret;
1714 }
1715
1716 void kvm_arch_free_memslot(struct kvm *kvm, struct kvm_memory_slot *free,
1717                            struct kvm_memory_slot *dont)
1718 {
1719 }
1720
1721 int kvm_arch_create_memslot(struct kvm *kvm, struct kvm_memory_slot *slot,
1722                             unsigned long npages)
1723 {
1724         /*
1725          * Readonly memslots are not incoherent with the caches by definition,
1726          * but in practice, they are used mostly to emulate ROMs or NOR flashes
1727          * that the guest may consider devices and hence map as uncached.
1728          * To prevent incoherency issues in these cases, tag all readonly
1729          * regions as incoherent.
1730          */
1731         if (slot->flags & KVM_MEM_READONLY)
1732                 slot->flags |= KVM_MEMSLOT_INCOHERENT;
1733         return 0;
1734 }
1735
1736 void kvm_arch_memslots_updated(struct kvm *kvm)
1737 {
1738 }
1739
1740 void kvm_arch_flush_shadow_all(struct kvm *kvm)
1741 {
1742 }
1743
1744 void kvm_arch_flush_shadow_memslot(struct kvm *kvm,
1745                                    struct kvm_memory_slot *slot)
1746 {
1747         gpa_t gpa = slot->base_gfn << PAGE_SHIFT;
1748         phys_addr_t size = slot->npages << PAGE_SHIFT;
1749
1750         spin_lock(&kvm->mmu_lock);
1751         unmap_stage2_range(kvm, gpa, size);
1752         spin_unlock(&kvm->mmu_lock);
1753 }
1754
1755 /*
1756  * See note at ARMv7 ARM B1.14.4 (TL;DR: S/W ops are not easily virtualized).
1757  *
1758  * Main problems:
1759  * - S/W ops are local to a CPU (not broadcast)
1760  * - We have line migration behind our back (speculation)
1761  * - System caches don't support S/W at all (damn!)
1762  *
1763  * In the face of the above, the best we can do is to try and convert
1764  * S/W ops to VA ops. Because the guest is not allowed to infer the
1765  * S/W to PA mapping, it can only use S/W to nuke the whole cache,
1766  * which is a rather good thing for us.
1767  *
1768  * Also, it is only used when turning caches on/off ("The expected
1769  * usage of the cache maintenance instructions that operate by set/way
1770  * is associated with the cache maintenance instructions associated
1771  * with the powerdown and powerup of caches, if this is required by
1772  * the implementation.").
1773  *
1774  * We use the following policy:
1775  *
1776  * - If we trap a S/W operation, we enable VM trapping to detect
1777  *   caches being turned on/off, and do a full clean.
1778  *
1779  * - We flush the caches on both caches being turned on and off.
1780  *
1781  * - Once the caches are enabled, we stop trapping VM ops.
1782  */
1783 void kvm_set_way_flush(struct kvm_vcpu *vcpu)
1784 {
1785         unsigned long hcr = vcpu_get_hcr(vcpu);
1786
1787         /*
1788          * If this is the first time we do a S/W operation
1789          * (i.e. HCR_TVM not set) flush the whole memory, and set the
1790          * VM trapping.
1791          *
1792          * Otherwise, rely on the VM trapping to wait for the MMU +
1793          * Caches to be turned off. At that point, we'll be able to
1794          * clean the caches again.
1795          */
1796         if (!(hcr & HCR_TVM)) {
1797                 trace_kvm_set_way_flush(*vcpu_pc(vcpu),
1798                                         vcpu_has_cache_enabled(vcpu));
1799                 stage2_flush_vm(vcpu->kvm);
1800                 vcpu_set_hcr(vcpu, hcr | HCR_TVM);
1801         }
1802 }
1803
1804 void kvm_toggle_cache(struct kvm_vcpu *vcpu, bool was_enabled)
1805 {
1806         bool now_enabled = vcpu_has_cache_enabled(vcpu);
1807
1808         /*
1809          * If switching the MMU+caches on, need to invalidate the caches.
1810          * If switching it off, need to clean the caches.
1811          * Clean + invalidate does the trick always.
1812          */
1813         if (now_enabled != was_enabled)
1814                 stage2_flush_vm(vcpu->kvm);
1815
1816         /* Caches are now on, stop trapping VM ops (until a S/W op) */
1817         if (now_enabled)
1818                 vcpu_set_hcr(vcpu, vcpu_get_hcr(vcpu) & ~HCR_TVM);
1819
1820         trace_kvm_toggle_cache(*vcpu_pc(vcpu), was_enabled, now_enabled);
1821 }