arch/s390/mm/pgtable.c

   1 /*
   2  *    Copyright IBM Corp. 2007, 2011
   3  *    Author(s): Martin Schwidefsky <schwidefsky@de.ibm.com>
   4  */
   5
   6 #include <linux/sched.h>
   7 #include <linux/kernel.h>
   8 #include <linux/errno.h>
   9 #include <linux/gfp.h>
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/swap.h>
  12 #include <linux/smp.h>
  13 #include <linux/highmem.h>
  14 #include <linux/pagemap.h>
  15 #include <linux/spinlock.h>
  16 #include <linux/module.h>
  17 #include <linux/quicklist.h>
  18 #include <linux/rcupdate.h>
  19 #include <linux/slab.h>
  20
  21 #include <asm/pgtable.h>
  22 #include <asm/pgalloc.h>
  23 #include <asm/tlb.h>
  24 #include <asm/tlbflush.h>
  25 #include <asm/mmu_context.h>
  26
  27 #ifndef CONFIG_64BIT
  28 #define ALLOC_ORDER     1
  29 #define FRAG_MASK       0x0f
  30 #else
  31 #define ALLOC_ORDER     2
  32 #define FRAG_MASK       0x03
  33 #endif
  34
  35
  36 unsigned long *crst_table_alloc(struct mm_struct *mm)
  37 {
  38         struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, ALLOC_ORDER);
  39
  40         if (!page)
  41                 return NULL;
  42         return (unsigned long *) page_to_phys(page);
  43 }
  44
  45 void crst_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
  46 {
  47         free_pages((unsigned long) table, ALLOC_ORDER);
  48 }
  49
  50 #ifdef CONFIG_64BIT
  51 int crst_table_upgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long limit)
  52 {
  53         unsigned long *table, *pgd;
  54         unsigned long entry;
  55
  56         BUG_ON(limit > (1UL << 53));
  57 repeat:
  58         table = crst_table_alloc(mm);
  59         if (!table)
  60                 return -ENOMEM;
  61         spin_lock_bh(&mm->page_table_lock);
  62         if (mm->context.asce_limit < limit) {
  63                 pgd = (unsigned long *) mm->pgd;
  64                 if (mm->context.asce_limit <= (1UL << 31)) {
  65                         entry = _REGION3_ENTRY_EMPTY;
  66                         mm->context.asce_limit = 1UL << 42;
  67                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
  68                                                 _ASCE_USER_BITS |
  69                                                 _ASCE_TYPE_REGION3;
  70                 } else {
  71                         entry = _REGION2_ENTRY_EMPTY;
  72                         mm->context.asce_limit = 1UL << 53;
  73                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
  74                                                 _ASCE_USER_BITS |
  75                                                 _ASCE_TYPE_REGION2;
  76                 }
  77                 crst_table_init(table, entry);
  78                 pgd_populate(mm, (pgd_t *) table, (pud_t *) pgd);
  79                 mm->pgd = (pgd_t *) table;
  80                 mm->task_size = mm->context.asce_limit;
  81                 table = NULL;
  82         }
  83         spin_unlock_bh(&mm->page_table_lock);
  84         if (table)
  85                 crst_table_free(mm, table);
  86         if (mm->context.asce_limit < limit)
  87                 goto repeat;
  88         return 0;
  89 }
  90
  91 void crst_table_downgrade(struct mm_struct *mm, unsigned long limit)
  92 {
  93         pgd_t *pgd;
  94
  95         while (mm->context.asce_limit > limit) {
  96                 pgd = mm->pgd;
  97                 switch (pgd_val(*pgd) & _REGION_ENTRY_TYPE_MASK) {
  98                 case _REGION_ENTRY_TYPE_R2:
  99                         mm->context.asce_limit = 1UL << 42;
 100                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
 101                                                 _ASCE_USER_BITS |
 102                                                 _ASCE_TYPE_REGION3;
 103                         break;
 104                 case _REGION_ENTRY_TYPE_R3:
 105                         mm->context.asce_limit = 1UL << 31;
 106                         mm->context.asce_bits = _ASCE_TABLE_LENGTH |
 107                                                 _ASCE_USER_BITS |
 108                                                 _ASCE_TYPE_SEGMENT;
 109                         break;
 110                 default:
 111                         BUG();
 112                 }
 113                 mm->pgd = (pgd_t *) (pgd_val(*pgd) & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 114                 mm->task_size = mm->context.asce_limit;
 115                 crst_table_free(mm, (unsigned long *) pgd);
 116         }
 117 }
 118 #endif
 119
 120 #ifdef CONFIG_PGSTE
 121
 122 /**
 123  * gmap_alloc - allocate a guest address space
 124  * @mm: pointer to the parent mm_struct
 125  *
 126  * Returns a guest address space structure.
 127  */
 128 struct gmap *gmap_alloc(struct mm_struct *mm)
 129 {
 130         struct gmap *gmap;
 131         struct page *page;
 132         unsigned long *table;
 133
 134         gmap = kzalloc(sizeof(struct gmap), GFP_KERNEL);
 135         if (!gmap)
 136                 goto out;
 137         INIT_LIST_HEAD(&gmap->crst_list);
 138         gmap->mm = mm;
 139         page = alloc_pages(GFP_KERNEL, ALLOC_ORDER);
 140         if (!page)
 141                 goto out_free;
 142         list_add(&page->lru, &gmap->crst_list);
 143         table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
 144         crst_table_init(table, _REGION1_ENTRY_EMPTY);
 145         gmap->table = table;
 146         gmap->asce = _ASCE_TYPE_REGION1 | _ASCE_TABLE_LENGTH |
 147                      _ASCE_USER_BITS | __pa(table);
 148         list_add(&gmap->list, &mm->context.gmap_list);
 149         return gmap;
 150
 151 out_free:
 152         kfree(gmap);
 153 out:
 154         return NULL;
 155 }
 156 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_alloc);
 157
 158 static int gmap_unlink_segment(struct gmap *gmap, unsigned long *table)
 159 {
 160         struct gmap_pgtable *mp;
 161         struct gmap_rmap *rmap;
 162         struct page *page;
 163
 164         if (*table & _SEGMENT_ENTRY_INV)
 165                 return 0;
 166         page = pfn_to_page(*table >> PAGE_SHIFT);
 167         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 168         list_for_each_entry(rmap, &mp->mapper, list) {
 169                 if (rmap->entry != table)
 170                         continue;
 171                 list_del(&rmap->list);
 172                 kfree(rmap);
 173                 break;
 174         }
 175         *table = _SEGMENT_ENTRY_INV | _SEGMENT_ENTRY_RO | mp->vmaddr;
 176         return 1;
 177 }
 178
 179 static void gmap_flush_tlb(struct gmap *gmap)
 180 {
 181         if (MACHINE_HAS_IDTE)
 182                 __tlb_flush_idte((unsigned long) gmap->table |
 183                                  _ASCE_TYPE_REGION1);
 184         else
 185                 __tlb_flush_global();
 186 }
 187
 188 /**
 189  * gmap_free - free a guest address space
 190  * @gmap: pointer to the guest address space structure
 191  */
 192 void gmap_free(struct gmap *gmap)
 193 {
 194         struct page *page, *next;
 195         unsigned long *table;
 196         int i;
 197
 198
 199         /* Flush tlb. */
 200         if (MACHINE_HAS_IDTE)
 201                 __tlb_flush_idte((unsigned long) gmap->table |
 202                                  _ASCE_TYPE_REGION1);
 203         else
 204                 __tlb_flush_global();
 205
 206         /* Free all segment & region tables. */
 207         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 208         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
 209         list_for_each_entry_safe(page, next, &gmap->crst_list, lru) {
 210                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
 211                 if ((*table & _REGION_ENTRY_TYPE_MASK) == 0)
 212                         /* Remove gmap rmap structures for segment table. */
 213                         for (i = 0; i < PTRS_PER_PMD; i++, table++)
 214                                 gmap_unlink_segment(gmap, table);
 215                 __free_pages(page, ALLOC_ORDER);
 216         }
 217         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
 218         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 219         list_del(&gmap->list);
 220         kfree(gmap);
 221 }
 222 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_free);
 223
 224 /**
 225  * gmap_enable - switch primary space to the guest address space
 226  * @gmap: pointer to the guest address space structure
 227  */
 228 void gmap_enable(struct gmap *gmap)
 229 {
 230         S390_lowcore.gmap = (unsigned long) gmap;
 231 }
 232 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_enable);
 233
 234 /**
 235  * gmap_disable - switch back to the standard primary address space
 236  * @gmap: pointer to the guest address space structure
 237  */
 238 void gmap_disable(struct gmap *gmap)
 239 {
 240         S390_lowcore.gmap = 0UL;
 241 }
 242 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_disable);
 243
 244 /*
 245  * gmap_alloc_table is assumed to be called with mmap_sem held
 246  */
 247 static int gmap_alloc_table(struct gmap *gmap,
 248                                unsigned long *table, unsigned long init)
 249 {
 250         struct page *page;
 251         unsigned long *new;
 252
 253         /* since we dont free the gmap table until gmap_free we can unlock */
 254         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
 255         page = alloc_pages(GFP_KERNEL, ALLOC_ORDER);
 256         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
 257         if (!page)
 258                 return -ENOMEM;
 259         new = (unsigned long *) page_to_phys(page);
 260         crst_table_init(new, init);
 261         if (*table & _REGION_ENTRY_INV) {
 262                 list_add(&page->lru, &gmap->crst_list);
 263                 *table = (unsigned long) new | _REGION_ENTRY_LENGTH |
 264                         (*table & _REGION_ENTRY_TYPE_MASK);
 265         } else
 266                 __free_pages(page, ALLOC_ORDER);
 267         return 0;
 268 }
 269
 270 /**
 271  * gmap_unmap_segment - unmap segment from the guest address space
 272  * @gmap: pointer to the guest address space structure
 273  * @addr: address in the guest address space
 274  * @len: length of the memory area to unmap
 275  *
 276  * Returns 0 if the unmap succeded, -EINVAL if not.
 277  */
 278 int gmap_unmap_segment(struct gmap *gmap, unsigned long to, unsigned long len)
 279 {
 280         unsigned long *table;
 281         unsigned long off;
 282         int flush;
 283
 284         if ((to | len) & (PMD_SIZE - 1))
 285                 return -EINVAL;
 286         if (len == 0 || to + len < to)
 287                 return -EINVAL;
 288
 289         flush = 0;
 290         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 291         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
 292         for (off = 0; off < len; off += PMD_SIZE) {
 293                 /* Walk the guest addr space page table */
 294                 table = gmap->table + (((to + off) >> 53) & 0x7ff);
 295                 if (*table & _REGION_ENTRY_INV)
 296                         goto out;
 297                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 298                 table = table + (((to + off) >> 42) & 0x7ff);
 299                 if (*table & _REGION_ENTRY_INV)
 300                         goto out;
 301                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 302                 table = table + (((to + off) >> 31) & 0x7ff);
 303                 if (*table & _REGION_ENTRY_INV)
 304                         goto out;
 305                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 306                 table = table + (((to + off) >> 20) & 0x7ff);
 307
 308                 /* Clear segment table entry in guest address space. */
 309                 flush |= gmap_unlink_segment(gmap, table);
 310                 *table = _SEGMENT_ENTRY_INV;
 311         }
 312 out:
 313         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
 314         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 315         if (flush)
 316                 gmap_flush_tlb(gmap);
 317         return 0;
 318 }
 319 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_unmap_segment);
 320
 321 /**
 322  * gmap_mmap_segment - map a segment to the guest address space
 323  * @gmap: pointer to the guest address space structure
 324  * @from: source address in the parent address space
 325  * @to: target address in the guest address space
 326  *
 327  * Returns 0 if the mmap succeded, -EINVAL or -ENOMEM if not.
 328  */
 329 int gmap_map_segment(struct gmap *gmap, unsigned long from,
 330                      unsigned long to, unsigned long len)
 331 {
 332         unsigned long *table;
 333         unsigned long off;
 334         int flush;
 335
 336         if ((from | to | len) & (PMD_SIZE - 1))
 337                 return -EINVAL;
 338         if (len == 0 || from + len > PGDIR_SIZE ||
 339             from + len < from || to + len < to)
 340                 return -EINVAL;
 341
 342         flush = 0;
 343         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 344         spin_lock(&gmap->mm->page_table_lock);
 345         for (off = 0; off < len; off += PMD_SIZE) {
 346                 /* Walk the gmap address space page table */
 347                 table = gmap->table + (((to + off) >> 53) & 0x7ff);
 348                 if ((*table & _REGION_ENTRY_INV) &&
 349                     gmap_alloc_table(gmap, table, _REGION2_ENTRY_EMPTY))
 350                         goto out_unmap;
 351                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 352                 table = table + (((to + off) >> 42) & 0x7ff);
 353                 if ((*table & _REGION_ENTRY_INV) &&
 354                     gmap_alloc_table(gmap, table, _REGION3_ENTRY_EMPTY))
 355                         goto out_unmap;
 356                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 357                 table = table + (((to + off) >> 31) & 0x7ff);
 358                 if ((*table & _REGION_ENTRY_INV) &&
 359                     gmap_alloc_table(gmap, table, _SEGMENT_ENTRY_EMPTY))
 360                         goto out_unmap;
 361                 table = (unsigned long *) (*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 362                 table = table + (((to + off) >> 20) & 0x7ff);
 363
 364                 /* Store 'from' address in an invalid segment table entry. */
 365                 flush |= gmap_unlink_segment(gmap, table);
 366                 *table = _SEGMENT_ENTRY_INV | _SEGMENT_ENTRY_RO | (from + off);
 367         }
 368         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
 369         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 370         if (flush)
 371                 gmap_flush_tlb(gmap);
 372         return 0;
 373
 374 out_unmap:
 375         spin_unlock(&gmap->mm->page_table_lock);
 376         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 377         gmap_unmap_segment(gmap, to, len);
 378         return -ENOMEM;
 379 }
 380 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_map_segment);
 381
 382 static unsigned long *gmap_table_walk(unsigned long address, struct gmap *gmap)
 383 {
 384         unsigned long *table;
 385
 386         table = gmap->table + ((address >> 53) & 0x7ff);
 387         if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INV))
 388                 return ERR_PTR(-EFAULT);
 389         table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 390         table = table + ((address >> 42) & 0x7ff);
 391         if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INV))
 392                 return ERR_PTR(-EFAULT);
 393         table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 394         table = table + ((address >> 31) & 0x7ff);
 395         if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INV))
 396                 return ERR_PTR(-EFAULT);
 397         table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 398         table = table + ((address >> 20) & 0x7ff);
 399         return table;
 400 }
 401
 402 /**
 403  * __gmap_translate - translate a guest address to a user space address
 404  * @address: guest address
 405  * @gmap: pointer to guest mapping meta data structure
 406  *
 407  * Returns user space address which corresponds to the guest address or
 408  * -EFAULT if no such mapping exists.
 409  * This function does not establish potentially missing page table entries.
 410  * The mmap_sem of the mm that belongs to the address space must be held
 411  * when this function gets called.
 412  */
 413 unsigned long __gmap_translate(unsigned long address, struct gmap *gmap)
 414 {
 415         unsigned long *segment_ptr, vmaddr, segment;
 416         struct gmap_pgtable *mp;
 417         struct page *page;
 418
 419         current->thread.gmap_addr = address;
 420         segment_ptr = gmap_table_walk(address, gmap);
 421         if (IS_ERR(segment_ptr))
 422                 return PTR_ERR(segment_ptr);
 423         /* Convert the gmap address to an mm address. */
 424         segment = *segment_ptr;
 425         if (!(segment & _SEGMENT_ENTRY_INV)) {
 426                 page = pfn_to_page(segment >> PAGE_SHIFT);
 427                 mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 428                 return mp->vmaddr | (address & ~PMD_MASK);
 429         } else if (segment & _SEGMENT_ENTRY_RO) {
 430                 vmaddr = segment & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN;
 431                 return vmaddr | (address & ~PMD_MASK);
 432         }
 433         return -EFAULT;
 434 }
 435 EXPORT_SYMBOL_GPL(__gmap_translate);
 436
 437 /**
 438  * gmap_translate - translate a guest address to a user space address
 439  * @address: guest address
 440  * @gmap: pointer to guest mapping meta data structure
 441  *
 442  * Returns user space address which corresponds to the guest address or
 443  * -EFAULT if no such mapping exists.
 444  * This function does not establish potentially missing page table entries.
 445  */
 446 unsigned long gmap_translate(unsigned long address, struct gmap *gmap)
 447 {
 448         unsigned long rc;
 449
 450         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 451         rc = __gmap_translate(address, gmap);
 452         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 453         return rc;
 454 }
 455 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_translate);
 456
 457 static int gmap_connect_pgtable(unsigned long address, unsigned long segment,
 458                                 unsigned long *segment_ptr, struct gmap *gmap)
 459 {
 460         unsigned long vmaddr;
 461         struct vm_area_struct *vma;
 462         struct gmap_pgtable *mp;
 463         struct gmap_rmap *rmap;
 464         struct mm_struct *mm;
 465         struct page *page;
 466         pgd_t *pgd;
 467         pud_t *pud;
 468         pmd_t *pmd;
 469
 470         mm = gmap->mm;
 471         vmaddr = segment & _SEGMENT_ENTRY_ORIGIN;
 472         vma = find_vma(mm, vmaddr);
 473         if (!vma || vma->vm_start > vmaddr)
 474                 return -EFAULT;
 475         /* Walk the parent mm page table */
 476         pgd = pgd_offset(mm, vmaddr);
 477         pud = pud_alloc(mm, pgd, vmaddr);
 478         if (!pud)
 479                 return -ENOMEM;
 480         pmd = pmd_alloc(mm, pud, vmaddr);
 481         if (!pmd)
 482                 return -ENOMEM;
 483         if (!pmd_present(*pmd) &&
 484             __pte_alloc(mm, vma, pmd, vmaddr))
 485                 return -ENOMEM;
 486         /* pmd now points to a valid segment table entry. */
 487         rmap = kmalloc(sizeof(*rmap), GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
 488         if (!rmap)
 489                 return -ENOMEM;
 490         /* Link gmap segment table entry location to page table. */
 491         page = pmd_page(*pmd);
 492         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 493         rmap->gmap = gmap;
 494         rmap->entry = segment_ptr;
 495         rmap->vmaddr = address;
 496         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 497         if (*segment_ptr == segment) {
 498                 list_add(&rmap->list, &mp->mapper);
 499                 /* Set gmap segment table entry to page table. */
 500                 *segment_ptr = pmd_val(*pmd) & PAGE_MASK;
 501                 rmap = NULL;
 502         }
 503         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 504         kfree(rmap);
 505         return 0;
 506 }
 507
 508 static void gmap_disconnect_pgtable(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
 509 {
 510         struct gmap_rmap *rmap, *next;
 511         struct gmap_pgtable *mp;
 512         struct page *page;
 513         int flush;
 514
 515         flush = 0;
 516         spin_lock(&mm->page_table_lock);
 517         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
 518         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 519         list_for_each_entry_safe(rmap, next, &mp->mapper, list) {
 520                 *rmap->entry =
 521                         _SEGMENT_ENTRY_INV | _SEGMENT_ENTRY_RO | mp->vmaddr;
 522                 list_del(&rmap->list);
 523                 kfree(rmap);
 524                 flush = 1;
 525         }
 526         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
 527         if (flush)
 528                 __tlb_flush_global();
 529 }
 530
 531 /*
 532  * this function is assumed to be called with mmap_sem held
 533  */
 534 unsigned long __gmap_fault(unsigned long address, struct gmap *gmap)
 535 {
 536         unsigned long *segment_ptr, segment;
 537         struct gmap_pgtable *mp;
 538         struct page *page;
 539         int rc;
 540
 541         current->thread.gmap_addr = address;
 542         segment_ptr = gmap_table_walk(address, gmap);
 543         if (IS_ERR(segment_ptr))
 544                 return -EFAULT;
 545         /* Convert the gmap address to an mm address. */
 546         while (1) {
 547                 segment = *segment_ptr;
 548                 if (!(segment & _SEGMENT_ENTRY_INV)) {
 549                         /* Page table is present */
 550                         page = pfn_to_page(segment >> PAGE_SHIFT);
 551                         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 552                         return mp->vmaddr | (address & ~PMD_MASK);
 553                 }
 554                 if (!(segment & _SEGMENT_ENTRY_RO))
 555                         /* Nothing mapped in the gmap address space. */
 556                         break;
 557                 rc = gmap_connect_pgtable(address, segment, segment_ptr, gmap);
 558                 if (rc)
 559                         return rc;
 560         }
 561         return -EFAULT;
 562 }
 563
 564 unsigned long gmap_fault(unsigned long address, struct gmap *gmap)
 565 {
 566         unsigned long rc;
 567
 568         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 569         rc = __gmap_fault(address, gmap);
 570         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 571
 572         return rc;
 573 }
 574 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_fault);
 575
 576 void gmap_discard(unsigned long from, unsigned long to, struct gmap *gmap)
 577 {
 578
 579         unsigned long *table, address, size;
 580         struct vm_area_struct *vma;
 581         struct gmap_pgtable *mp;
 582         struct page *page;
 583
 584         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 585         address = from;
 586         while (address < to) {
 587                 /* Walk the gmap address space page table */
 588                 table = gmap->table + ((address >> 53) & 0x7ff);
 589                 if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INV)) {
 590                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
 591                         continue;
 592                 }
 593                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 594                 table = table + ((address >> 42) & 0x7ff);
 595                 if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INV)) {
 596                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
 597                         continue;
 598                 }
 599                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 600                 table = table + ((address >> 31) & 0x7ff);
 601                 if (unlikely(*table & _REGION_ENTRY_INV)) {
 602                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
 603                         continue;
 604                 }
 605                 table = (unsigned long *)(*table & _REGION_ENTRY_ORIGIN);
 606                 table = table + ((address >> 20) & 0x7ff);
 607                 if (unlikely(*table & _SEGMENT_ENTRY_INV)) {
 608                         address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
 609                         continue;
 610                 }
 611                 page = pfn_to_page(*table >> PAGE_SHIFT);
 612                 mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 613                 vma = find_vma(gmap->mm, mp->vmaddr);
 614                 size = min(to - address, PMD_SIZE - (address & ~PMD_MASK));
 615                 zap_page_range(vma, mp->vmaddr | (address & ~PMD_MASK),
 616                                size, NULL);
 617                 address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
 618         }
 619         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 620 }
 621 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_discard);
 622
 623 static LIST_HEAD(gmap_notifier_list);
 624 static DEFINE_SPINLOCK(gmap_notifier_lock);
 625
 626 /**
 627  * gmap_register_ipte_notifier - register a pte invalidation callback
 628  * @nb: pointer to the gmap notifier block
 629  */
 630 void gmap_register_ipte_notifier(struct gmap_notifier *nb)
 631 {
 632         spin_lock(&gmap_notifier_lock);
 633         list_add(&nb->list, &gmap_notifier_list);
 634         spin_unlock(&gmap_notifier_lock);
 635 }
 636 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_register_ipte_notifier);
 637
 638 /**
 639  * gmap_unregister_ipte_notifier - remove a pte invalidation callback
 640  * @nb: pointer to the gmap notifier block
 641  */
 642 void gmap_unregister_ipte_notifier(struct gmap_notifier *nb)
 643 {
 644         spin_lock(&gmap_notifier_lock);
 645         list_del_init(&nb->list);
 646         spin_unlock(&gmap_notifier_lock);
 647 }
 648 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_unregister_ipte_notifier);
 649
 650 /**
 651  * gmap_ipte_notify - mark a range of ptes for invalidation notification
 652  * @gmap: pointer to guest mapping meta data structure
 653  * @address: virtual address in the guest address space
 654  * @len: size of area
 655  *
 656  * Returns 0 if for each page in the given range a gmap mapping exists and
 657  * the invalidation notification could be set. If the gmap mapping is missing
 658  * for one or more pages -EFAULT is returned. If no memory could be allocated
 659  * -ENOMEM is returned. This function establishes missing page table entries.
 660  */
 661 int gmap_ipte_notify(struct gmap *gmap, unsigned long start, unsigned long len)
 662 {
 663         unsigned long addr;
 664         spinlock_t *ptl;
 665         pte_t *ptep, entry;
 666         pgste_t pgste;
 667         int rc = 0;
 668
 669         if ((start & ~PAGE_MASK) || (len & ~PAGE_MASK))
 670                 return -EINVAL;
 671         down_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 672         while (len) {
 673                 /* Convert gmap address and connect the page tables */
 674                 addr = __gmap_fault(start, gmap);
 675                 if (IS_ERR_VALUE(addr)) {
 676                         rc = addr;
 677                         break;
 678                 }
 679                 /* Get the page mapped */
 680                 if (get_user_pages(current, gmap->mm, addr, 1, 1, 0,
 681                                    NULL, NULL) != 1) {
 682                         rc = -EFAULT;
 683                         break;
 684                 }
 685                 /* Walk the process page table, lock and get pte pointer */
 686                 ptep = get_locked_pte(gmap->mm, addr, &ptl);
 687                 if (unlikely(!ptep))
 688                         continue;
 689                 /* Set notification bit in the pgste of the pte */
 690                 entry = *ptep;
 691                 if ((pte_val(entry) & (_PAGE_INVALID | _PAGE_RO)) == 0) {
 692                         pgste = pgste_get_lock(ptep);
 693                         pgste_val(pgste) |= RCP_IN_BIT;
 694                         pgste_set_unlock(ptep, pgste);
 695                         start += PAGE_SIZE;
 696                         len -= PAGE_SIZE;
 697                 }
 698                 spin_unlock(ptl);
 699         }
 700         up_read(&gmap->mm->mmap_sem);
 701         return rc;
 702 }
 703 EXPORT_SYMBOL_GPL(gmap_ipte_notify);
 704
 705 /**
 706  * gmap_do_ipte_notify - call all invalidation callbacks for a specific pte.
 707  * @mm: pointer to the process mm_struct
 708  * @addr: virtual address in the process address space
 709  * @pte: pointer to the page table entry
 710  *
 711  * This function is assumed to be called with the page table lock held
 712  * for the pte to notify.
 713  */
 714 void gmap_do_ipte_notify(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *pte)
 715 {
 716         unsigned long segment_offset;
 717         struct gmap_notifier *nb;
 718         struct gmap_pgtable *mp;
 719         struct gmap_rmap *rmap;
 720         struct page *page;
 721
 722         segment_offset = ((unsigned long) pte) & (255 * sizeof(pte_t));
 723         segment_offset = segment_offset * (4096 / sizeof(pte_t));
 724         page = pfn_to_page(__pa(pte) >> PAGE_SHIFT);
 725         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 726         spin_lock(&gmap_notifier_lock);
 727         list_for_each_entry(rmap, &mp->mapper, list) {
 728                 list_for_each_entry(nb, &gmap_notifier_list, list)
 729                         nb->notifier_call(rmap->gmap,
 730                                           rmap->vmaddr + segment_offset);
 731         }
 732         spin_unlock(&gmap_notifier_lock);
 733 }
 734
 735 static inline unsigned long *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm,
 736                                                     unsigned long vmaddr)
 737 {
 738         struct page *page;
 739         unsigned long *table;
 740         struct gmap_pgtable *mp;
 741
 742         page = alloc_page(GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
 743         if (!page)
 744                 return NULL;
 745         mp = kmalloc(sizeof(*mp), GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
 746         if (!mp) {
 747                 __free_page(page);
 748                 return NULL;
 749         }
 750         pgtable_page_ctor(page);
 751         mp->vmaddr = vmaddr & PMD_MASK;
 752         INIT_LIST_HEAD(&mp->mapper);
 753         page->index = (unsigned long) mp;
 754         atomic_set(&page->_mapcount, 3);
 755         table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
 756         clear_table(table, _PAGE_TYPE_EMPTY, PAGE_SIZE/2);
 757         clear_table(table + PTRS_PER_PTE, 0, PAGE_SIZE/2);
 758         return table;
 759 }
 760
 761 static inline void page_table_free_pgste(unsigned long *table)
 762 {
 763         struct page *page;
 764         struct gmap_pgtable *mp;
 765
 766         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
 767         mp = (struct gmap_pgtable *) page->index;
 768         BUG_ON(!list_empty(&mp->mapper));
 769         pgtable_page_dtor(page);
 770         atomic_set(&page->_mapcount, -1);
 771         kfree(mp);
 772         __free_page(page);
 773 }
 774
 775 #else /* CONFIG_PGSTE */
 776
 777 static inline unsigned long *page_table_alloc_pgste(struct mm_struct *mm,
 778                                                     unsigned long vmaddr)
 779 {
 780         return NULL;
 781 }
 782
 783 static inline void page_table_free_pgste(unsigned long *table)
 784 {
 785 }
 786
 787 static inline void gmap_disconnect_pgtable(struct mm_struct *mm,
 788                                            unsigned long *table)
 789 {
 790 }
 791
 792 #endif /* CONFIG_PGSTE */
 793
 794 static inline unsigned int atomic_xor_bits(atomic_t *v, unsigned int bits)
 795 {
 796         unsigned int old, new;
 797
 798         do {
 799                 old = atomic_read(v);
 800                 new = old ^ bits;
 801         } while (atomic_cmpxchg(v, old, new) != old);
 802         return new;
 803 }
 804
 805 /*
 806  * page table entry allocation/free routines.
 807  */
 808 unsigned long *page_table_alloc(struct mm_struct *mm, unsigned long vmaddr)
 809 {
 810         unsigned long *uninitialized_var(table);
 811         struct page *uninitialized_var(page);
 812         unsigned int mask, bit;
 813
 814         if (mm_has_pgste(mm))
 815                 return page_table_alloc_pgste(mm, vmaddr);
 816         /* Allocate fragments of a 4K page as 1K/2K page table */
 817         spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
 818         mask = FRAG_MASK;
 819         if (!list_empty(&mm->context.pgtable_list)) {
 820                 page = list_first_entry(&mm->context.pgtable_list,
 821                                         struct page, lru);
 822                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
 823                 mask = atomic_read(&page->_mapcount);
 824                 mask = mask | (mask >> 4);
 825         }
 826         if ((mask & FRAG_MASK) == FRAG_MASK) {
 827                 spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
 828                 page = alloc_page(GFP_KERNEL|__GFP_REPEAT);
 829                 if (!page)
 830                         return NULL;
 831                 pgtable_page_ctor(page);
 832                 atomic_set(&page->_mapcount, 1);
 833                 table = (unsigned long *) page_to_phys(page);
 834                 clear_table(table, _PAGE_TYPE_EMPTY, PAGE_SIZE);
 835                 spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
 836                 list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
 837         } else {
 838                 for (bit = 1; mask & bit; bit <<= 1)
 839                         table += PTRS_PER_PTE;
 840                 mask = atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit);
 841                 if ((mask & FRAG_MASK) == FRAG_MASK)
 842                         list_del(&page->lru);
 843         }
 844         spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
 845         return table;
 846 }
 847
 848 void page_table_free(struct mm_struct *mm, unsigned long *table)
 849 {
 850         struct page *page;
 851         unsigned int bit, mask;
 852
 853         if (mm_has_pgste(mm)) {
 854                 gmap_disconnect_pgtable(mm, table);
 855                 return page_table_free_pgste(table);
 856         }
 857         /* Free 1K/2K page table fragment of a 4K page */
 858         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
 859         bit = 1 << ((__pa(table) & ~PAGE_MASK)/(PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t)));
 860         spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
 861         if ((atomic_read(&page->_mapcount) & FRAG_MASK) != FRAG_MASK)
 862                 list_del(&page->lru);
 863         mask = atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit);
 864         if (mask & FRAG_MASK)
 865                 list_add(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
 866         spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
 867         if (mask == 0) {
 868                 pgtable_page_dtor(page);
 869                 atomic_set(&page->_mapcount, -1);
 870                 __free_page(page);
 871         }
 872 }
 873
 874 static void __page_table_free_rcu(void *table, unsigned bit)
 875 {
 876         struct page *page;
 877
 878         if (bit == FRAG_MASK)
 879                 return page_table_free_pgste(table);
 880         /* Free 1K/2K page table fragment of a 4K page */
 881         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
 882         if (atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit) == 0) {
 883                 pgtable_page_dtor(page);
 884                 atomic_set(&page->_mapcount, -1);
 885                 __free_page(page);
 886         }
 887 }
 888
 889 void page_table_free_rcu(struct mmu_gather *tlb, unsigned long *table)
 890 {
 891         struct mm_struct *mm;
 892         struct page *page;
 893         unsigned int bit, mask;
 894
 895         mm = tlb->mm;
 896         if (mm_has_pgste(mm)) {
 897                 gmap_disconnect_pgtable(mm, table);
 898                 table = (unsigned long *) (__pa(table) | FRAG_MASK);
 899                 tlb_remove_table(tlb, table);
 900                 return;
 901         }
 902         bit = 1 << ((__pa(table) & ~PAGE_MASK) / (PTRS_PER_PTE*sizeof(pte_t)));
 903         page = pfn_to_page(__pa(table) >> PAGE_SHIFT);
 904         spin_lock_bh(&mm->context.list_lock);
 905         if ((atomic_read(&page->_mapcount) & FRAG_MASK) != FRAG_MASK)
 906                 list_del(&page->lru);
 907         mask = atomic_xor_bits(&page->_mapcount, bit | (bit << 4));
 908         if (mask & FRAG_MASK)
 909                 list_add_tail(&page->lru, &mm->context.pgtable_list);
 910         spin_unlock_bh(&mm->context.list_lock);
 911         table = (unsigned long *) (__pa(table) | (bit << 4));
 912         tlb_remove_table(tlb, table);
 913 }
 914
 915 void __tlb_remove_table(void *_table)
 916 {
 917         const unsigned long mask = (FRAG_MASK << 4) | FRAG_MASK;
 918         void *table = (void *)((unsigned long) _table & ~mask);
 919         unsigned type = (unsigned long) _table & mask;
 920
 921         if (type)
 922                 __page_table_free_rcu(table, type);
 923         else
 924                 free_pages((unsigned long) table, ALLOC_ORDER);
 925 }
 926
 927 static void tlb_remove_table_smp_sync(void *arg)
 928 {
 929         /* Simply deliver the interrupt */
 930 }
 931
 932 static void tlb_remove_table_one(void *table)
 933 {
 934         /*
 935          * This isn't an RCU grace period and hence the page-tables cannot be
 936          * assumed to be actually RCU-freed.
 937          *
 938          * It is however sufficient for software page-table walkers that rely
 939          * on IRQ disabling. See the comment near struct mmu_table_batch.
 940          */
 941         smp_call_function(tlb_remove_table_smp_sync, NULL, 1);
 942         __tlb_remove_table(table);
 943 }
 944
 945 static void tlb_remove_table_rcu(struct rcu_head *head)
 946 {
 947         struct mmu_table_batch *batch;
 948         int i;
 949
 950         batch = container_of(head, struct mmu_table_batch, rcu);
 951
 952         for (i = 0; i < batch->nr; i++)
 953                 __tlb_remove_table(batch->tables[i]);
 954
 955         free_page((unsigned long)batch);
 956 }
 957
 958 void tlb_table_flush(struct mmu_gather *tlb)
 959 {
 960         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
 961
 962         if (*batch) {
 963                 __tlb_flush_mm(tlb->mm);
 964                 call_rcu_sched(&(*batch)->rcu, tlb_remove_table_rcu);
 965                 *batch = NULL;
 966         }
 967 }
 968
 969 void tlb_remove_table(struct mmu_gather *tlb, void *table)
 970 {
 971         struct mmu_table_batch **batch = &tlb->batch;
 972
 973         if (*batch == NULL) {
 974                 *batch = (struct mmu_table_batch *)
 975                         __get_free_page(GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
 976                 if (*batch == NULL) {
 977                         __tlb_flush_mm(tlb->mm);
 978                         tlb_remove_table_one(table);
 979                         return;
 980                 }
 981                 (*batch)->nr = 0;
 982         }
 983         (*batch)->tables[(*batch)->nr++] = table;
 984         if ((*batch)->nr == MAX_TABLE_BATCH)
 985                 tlb_table_flush(tlb);
 986 }
 987
 988 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
 989 void thp_split_vma(struct vm_area_struct *vma)
 990 {
 991         unsigned long addr;
 992         struct page *page;
 993
 994         for (addr = vma->vm_start; addr < vma->vm_end; addr += PAGE_SIZE) {
 995                 page = follow_page(vma, addr, FOLL_SPLIT);
 996         }
 997 }
 998
 999 void thp_split_mm(struct mm_struct *mm)
1000 {
1001         struct vm_area_struct *vma = mm->mmap;
1002
1003         while (vma != NULL) {
1004                 thp_split_vma(vma);
1005                 vma->vm_flags &= ~VM_HUGEPAGE;
1006                 vma->vm_flags |= VM_NOHUGEPAGE;
1007                 vma = vma->vm_next;
1008         }
1009 }
1010 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */
1011
1012 /*
1013  * switch on pgstes for its userspace process (for kvm)
1014  */
1015 int s390_enable_sie(void)
1016 {
1017         struct task_struct *tsk = current;
1018         struct mm_struct *mm, *old_mm;
1019
1020         /* Do we have switched amode? If no, we cannot do sie */
1021         if (s390_user_mode == HOME_SPACE_MODE)
1022                 return -EINVAL;
1023
1024         /* Do we have pgstes? if yes, we are done */
1025         if (mm_has_pgste(tsk->mm))
1026                 return 0;
1027
1028         /* lets check if we are allowed to replace the mm */
1029         task_lock(tsk);
1030         if (!tsk->mm || atomic_read(&tsk->mm->mm_users) > 1 ||
1031 #ifdef CONFIG_AIO
1032             !hlist_empty(&tsk->mm->ioctx_list) ||
1033 #endif
1034             tsk->mm != tsk->active_mm) {
1035                 task_unlock(tsk);
1036                 return -EINVAL;
1037         }
1038         task_unlock(tsk);
1039
1040         /* we copy the mm and let dup_mm create the page tables with_pgstes */
1041         tsk->mm->context.alloc_pgste = 1;
1042         /* make sure that both mms have a correct rss state */
1043         sync_mm_rss(tsk->mm);
1044         mm = dup_mm(tsk);
1045         tsk->mm->context.alloc_pgste = 0;
1046         if (!mm)
1047                 return -ENOMEM;
1048
1049 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1050         /* split thp mappings and disable thp for future mappings */
1051         thp_split_mm(mm);
1052         mm->def_flags |= VM_NOHUGEPAGE;
1053 #endif
1054
1055         /* Now lets check again if something happened */
1056         task_lock(tsk);
1057         if (!tsk->mm || atomic_read(&tsk->mm->mm_users) > 1 ||
1058 #ifdef CONFIG_AIO
1059             !hlist_empty(&tsk->mm->ioctx_list) ||
1060 #endif
1061             tsk->mm != tsk->active_mm) {
1062                 mmput(mm);
1063                 task_unlock(tsk);
1064                 return -EINVAL;
1065         }
1066
1067         /* ok, we are alone. No ptrace, no threads, etc. */
1068         old_mm = tsk->mm;
1069         tsk->mm = tsk->active_mm = mm;
1070         preempt_disable();
1071         update_mm(mm, tsk);
1072         atomic_inc(&mm->context.attach_count);
1073         atomic_dec(&old_mm->context.attach_count);
1074         cpumask_set_cpu(smp_processor_id(), mm_cpumask(mm));
1075         preempt_enable();
1076         task_unlock(tsk);
1077         mmput(old_mm);
1078         return 0;
1079 }
1080 EXPORT_SYMBOL_GPL(s390_enable_sie);
1081
1082 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1083 int pmdp_clear_flush_young(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
1084                            pmd_t *pmdp)
1085 {
1086         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
1087         /* No need to flush TLB
1088          * On s390 reference bits are in storage key and never in TLB */
1089         return pmdp_test_and_clear_young(vma, address, pmdp);
1090 }
1091
1092 int pmdp_set_access_flags(struct vm_area_struct *vma,
1093                           unsigned long address, pmd_t *pmdp,
1094                           pmd_t entry, int dirty)
1095 {
1096         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
1097
1098         if (pmd_same(*pmdp, entry))
1099                 return 0;
1100         pmdp_invalidate(vma, address, pmdp);
1101         set_pmd_at(vma->vm_mm, address, pmdp, entry);
1102         return 1;
1103 }
1104
1105 static void pmdp_splitting_flush_sync(void *arg)
1106 {
1107         /* Simply deliver the interrupt */
1108 }
1109
1110 void pmdp_splitting_flush(struct vm_area_struct *vma, unsigned long address,
1111                           pmd_t *pmdp)
1112 {
1113         VM_BUG_ON(address & ~HPAGE_PMD_MASK);
1114         if (!test_and_set_bit(_SEGMENT_ENTRY_SPLIT_BIT,
1115                               (unsigned long *) pmdp)) {
1116                 /* need to serialize against gup-fast (IRQ disabled) */
1117                 smp_call_function(pmdp_splitting_flush_sync, NULL, 1);
1118         }
1119 }
1120
1121 void pgtable_trans_huge_deposit(struct mm_struct *mm, pgtable_t pgtable)
1122 {
1123         struct list_head *lh = (struct list_head *) pgtable;
1124
1125         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
1126
1127         /* FIFO */
1128         if (!mm->pmd_huge_pte)
1129                 INIT_LIST_HEAD(lh);
1130         else
1131                 list_add(lh, (struct list_head *) mm->pmd_huge_pte);
1132         mm->pmd_huge_pte = pgtable;
1133 }
1134
1135 pgtable_t pgtable_trans_huge_withdraw(struct mm_struct *mm)
1136 {
1137         struct list_head *lh;
1138         pgtable_t pgtable;
1139         pte_t *ptep;
1140
1141         assert_spin_locked(&mm->page_table_lock);
1142
1143         /* FIFO */
1144         pgtable = mm->pmd_huge_pte;
1145         lh = (struct list_head *) pgtable;
1146         if (list_empty(lh))
1147                 mm->pmd_huge_pte = NULL;
1148         else {
1149                 mm->pmd_huge_pte = (pgtable_t) lh->next;
1150                 list_del(lh);
1151         }
1152         ptep = (pte_t *) pgtable;
1153         pte_val(*ptep) = _PAGE_TYPE_EMPTY;
1154         ptep++;
1155         pte_val(*ptep) = _PAGE_TYPE_EMPTY;
1156         return pgtable;
1157 }
1158 #endif /* CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE */