xen: mask unwanted pte bits in __supported_pte_mask
[linux-2.6] / arch / x86 / xen / mmu.c
1 /*
2  * Xen mmu operations
3  *
4  * This file contains the various mmu fetch and update operations.
5  * The most important job they must perform is the mapping between the
6  * domain's pfn and the overall machine mfns.
7  *
8  * Xen allows guests to directly update the pagetable, in a controlled
9  * fashion.  In other words, the guest modifies the same pagetable
10  * that the CPU actually uses, which eliminates the overhead of having
11  * a separate shadow pagetable.
12  *
13  * In order to allow this, it falls on the guest domain to map its
14  * notion of a "physical" pfn - which is just a domain-local linear
15  * address - into a real "machine address" which the CPU's MMU can
16  * use.
17  *
18  * A pgd_t/pmd_t/pte_t will typically contain an mfn, and so can be
19  * inserted directly into the pagetable.  When creating a new
20  * pte/pmd/pgd, it converts the passed pfn into an mfn.  Conversely,
21  * when reading the content back with __(pgd|pmd|pte)_val, it converts
22  * the mfn back into a pfn.
23  *
24  * The other constraint is that all pages which make up a pagetable
25  * must be mapped read-only in the guest.  This prevents uncontrolled
26  * guest updates to the pagetable.  Xen strictly enforces this, and
27  * will disallow any pagetable update which will end up mapping a
28  * pagetable page RW, and will disallow using any writable page as a
29  * pagetable.
30  *
31  * Naively, when loading %cr3 with the base of a new pagetable, Xen
32  * would need to validate the whole pagetable before going on.
33  * Naturally, this is quite slow.  The solution is to "pin" a
34  * pagetable, which enforces all the constraints on the pagetable even
35  * when it is not actively in use.  This menas that Xen can be assured
36  * that it is still valid when you do load it into %cr3, and doesn't
37  * need to revalidate it.
38  *
39  * Jeremy Fitzhardinge <jeremy@xensource.com>, XenSource Inc, 2007
40  */
41 #include <linux/sched.h>
42 #include <linux/highmem.h>
43 #include <linux/bug.h>
44
45 #include <asm/pgtable.h>
46 #include <asm/tlbflush.h>
47 #include <asm/mmu_context.h>
48 #include <asm/paravirt.h>
49
50 #include <asm/xen/hypercall.h>
51 #include <asm/xen/hypervisor.h>
52
53 #include <xen/page.h>
54 #include <xen/interface/xen.h>
55
56 #include "multicalls.h"
57 #include "mmu.h"
58
59 xmaddr_t arbitrary_virt_to_machine(unsigned long address)
60 {
61         unsigned int level;
62         pte_t *pte = lookup_address(address, &level);
63         unsigned offset = address & ~PAGE_MASK;
64
65         BUG_ON(pte == NULL);
66
67         return XMADDR((pte_mfn(*pte) << PAGE_SHIFT) + offset);
68 }
69
70 void make_lowmem_page_readonly(void *vaddr)
71 {
72         pte_t *pte, ptev;
73         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
74         unsigned int level;
75
76         pte = lookup_address(address, &level);
77         BUG_ON(pte == NULL);
78
79         ptev = pte_wrprotect(*pte);
80
81         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
82                 BUG();
83 }
84
85 void make_lowmem_page_readwrite(void *vaddr)
86 {
87         pte_t *pte, ptev;
88         unsigned long address = (unsigned long)vaddr;
89         unsigned int level;
90
91         pte = lookup_address(address, &level);
92         BUG_ON(pte == NULL);
93
94         ptev = pte_mkwrite(*pte);
95
96         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(address, ptev, 0))
97                 BUG();
98 }
99
100
101 void xen_set_pmd(pmd_t *ptr, pmd_t val)
102 {
103         struct multicall_space mcs;
104         struct mmu_update *u;
105
106         preempt_disable();
107
108         mcs = xen_mc_entry(sizeof(*u));
109         u = mcs.args;
110         u->ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
111         u->val = pmd_val_ma(val);
112         MULTI_mmu_update(mcs.mc, u, 1, NULL, DOMID_SELF);
113
114         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
115
116         preempt_enable();
117 }
118
119 /*
120  * Associate a virtual page frame with a given physical page frame
121  * and protection flags for that frame.
122  */
123 void set_pte_mfn(unsigned long vaddr, unsigned long mfn, pgprot_t flags)
124 {
125         pgd_t *pgd;
126         pud_t *pud;
127         pmd_t *pmd;
128         pte_t *pte;
129
130         pgd = swapper_pg_dir + pgd_index(vaddr);
131         if (pgd_none(*pgd)) {
132                 BUG();
133                 return;
134         }
135         pud = pud_offset(pgd, vaddr);
136         if (pud_none(*pud)) {
137                 BUG();
138                 return;
139         }
140         pmd = pmd_offset(pud, vaddr);
141         if (pmd_none(*pmd)) {
142                 BUG();
143                 return;
144         }
145         pte = pte_offset_kernel(pmd, vaddr);
146         /* <mfn,flags> stored as-is, to permit clearing entries */
147         xen_set_pte(pte, mfn_pte(mfn, flags));
148
149         /*
150          * It's enough to flush this one mapping.
151          * (PGE mappings get flushed as well)
152          */
153         __flush_tlb_one(vaddr);
154 }
155
156 void xen_set_pte_at(struct mm_struct *mm, unsigned long addr,
157                     pte_t *ptep, pte_t pteval)
158 {
159         /* updates to init_mm may be done without lock */
160         if (mm == &init_mm)
161                 preempt_disable();
162
163         if (mm == current->mm || mm == &init_mm) {
164                 if (paravirt_get_lazy_mode() == PARAVIRT_LAZY_MMU) {
165                         struct multicall_space mcs;
166                         mcs = xen_mc_entry(0);
167
168                         MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, addr, pteval, 0);
169                         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
170                         goto out;
171                 } else
172                         if (HYPERVISOR_update_va_mapping(addr, pteval, 0) == 0)
173                                 goto out;
174         }
175         xen_set_pte(ptep, pteval);
176
177 out:
178         if (mm == &init_mm)
179                 preempt_enable();
180 }
181
182 pteval_t xen_pte_val(pte_t pte)
183 {
184         pteval_t ret = pte.pte;
185
186         if (ret & _PAGE_PRESENT)
187                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | _PAGE_PRESENT;
188
189         return ret;
190 }
191
192 pgdval_t xen_pgd_val(pgd_t pgd)
193 {
194         pgdval_t ret = pgd.pgd;
195         if (ret & _PAGE_PRESENT)
196                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | _PAGE_PRESENT;
197         return ret;
198 }
199
200 pte_t xen_make_pte(pteval_t pte)
201 {
202         if (pte & _PAGE_PRESENT)
203                 pte = phys_to_machine(XPADDR(pte)).maddr;
204
205         return (pte_t){ .pte = pte };
206 }
207
208 pgd_t xen_make_pgd(pgdval_t pgd)
209 {
210         if (pgd & _PAGE_PRESENT)
211                 pgd = phys_to_machine(XPADDR(pgd)).maddr;
212
213         return (pgd_t){ pgd };
214 }
215
216 pmdval_t xen_pmd_val(pmd_t pmd)
217 {
218         pmdval_t ret = native_pmd_val(pmd);
219         if (ret & _PAGE_PRESENT)
220                 ret = machine_to_phys(XMADDR(ret)).paddr | _PAGE_PRESENT;
221         return ret;
222 }
223 #ifdef CONFIG_X86_PAE
224 void xen_set_pud(pud_t *ptr, pud_t val)
225 {
226         struct multicall_space mcs;
227         struct mmu_update *u;
228
229         preempt_disable();
230
231         mcs = xen_mc_entry(sizeof(*u));
232         u = mcs.args;
233         u->ptr = virt_to_machine(ptr).maddr;
234         u->val = pud_val_ma(val);
235         MULTI_mmu_update(mcs.mc, u, 1, NULL, DOMID_SELF);
236
237         xen_mc_issue(PARAVIRT_LAZY_MMU);
238
239         preempt_enable();
240 }
241
242 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
243 {
244         ptep->pte_high = pte.pte_high;
245         smp_wmb();
246         ptep->pte_low = pte.pte_low;
247 }
248
249 void xen_set_pte_atomic(pte_t *ptep, pte_t pte)
250 {
251         set_64bit((u64 *)ptep, pte_val_ma(pte));
252 }
253
254 void xen_pte_clear(struct mm_struct *mm, unsigned long addr, pte_t *ptep)
255 {
256         ptep->pte_low = 0;
257         smp_wmb();              /* make sure low gets written first */
258         ptep->pte_high = 0;
259 }
260
261 void xen_pmd_clear(pmd_t *pmdp)
262 {
263         xen_set_pmd(pmdp, __pmd(0));
264 }
265
266 pmd_t xen_make_pmd(pmdval_t pmd)
267 {
268         if (pmd & _PAGE_PRESENT)
269                 pmd = phys_to_machine(XPADDR(pmd)).maddr;
270
271         return native_make_pmd(pmd);
272 }
273 #else  /* !PAE */
274 void xen_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pte)
275 {
276         *ptep = pte;
277 }
278 #endif  /* CONFIG_X86_PAE */
279
280 /*
281   (Yet another) pagetable walker.  This one is intended for pinning a
282   pagetable.  This means that it walks a pagetable and calls the
283   callback function on each page it finds making up the page table,
284   at every level.  It walks the entire pagetable, but it only bothers
285   pinning pte pages which are below pte_limit.  In the normal case
286   this will be TASK_SIZE, but at boot we need to pin up to
287   FIXADDR_TOP.  But the important bit is that we don't pin beyond
288   there, because then we start getting into Xen's ptes.
289 */
290 static int pgd_walk(pgd_t *pgd_base, int (*func)(struct page *, enum pt_level),
291                     unsigned long limit)
292 {
293         pgd_t *pgd = pgd_base;
294         int flush = 0;
295         unsigned long addr = 0;
296         unsigned long pgd_next;
297
298         BUG_ON(limit > FIXADDR_TOP);
299
300         if (xen_feature(XENFEAT_auto_translated_physmap))
301                 return 0;
302
303         for (; addr != FIXADDR_TOP; pgd++, addr = pgd_next) {
304                 pud_t *pud;
305                 unsigned long pud_limit, pud_next;
306
307                 pgd_next = pud_limit = pgd_addr_end(addr, FIXADDR_TOP);
308
309                 if (!pgd_val(*pgd))
310                         continue;
311
312                 pud = pud_offset(pgd, 0);
313
314                 if (PTRS_PER_PUD > 1) /* not folded */
315                         flush |= (*func)(virt_to_page(pud), PT_PUD);
316
317                 for (; addr != pud_limit; pud++, addr = pud_next) {
318                         pmd_t *pmd;
319                         unsigned long pmd_limit;
320
321                         pud_next = pud_addr_end(addr, pud_limit);
322
323                         if (pud_next < limit)
324                                 pmd_limit = pud_next;
325                         else
326                                 pmd_limit = limit;
327
328                         if (pud_none(*pud))
329                                 continue;
330
331                         pmd = pmd_offset(pud, 0);
332
333                         if (PTRS_PER_PMD > 1) /* not folded */
334                                 flush |= (*func)(virt_to_page(pmd), PT_PMD);
335
336                         for (; addr != pmd_limit; pmd++) {
337                                 addr += (PAGE_SIZE * PTRS_PER_PTE);
338                                 if ((pmd_limit-1) < (addr-1)) {
339                                         addr = pmd_limit;
340                                         break;
341                                 }
342
343                                 if (pmd_none(*pmd))
344                                         continue;
345
346                                 flush |= (*func)(pmd_page(*pmd), PT_PTE);
347                         }
348                 }
349         }
350
351         flush |= (*func)(virt_to_page(pgd_base), PT_PGD);
352
353         return flush;
354 }
355
356 static spinlock_t *lock_pte(struct page *page)
357 {
358         spinlock_t *ptl = NULL;
359
360 #if NR_CPUS >= CONFIG_SPLIT_PTLOCK_CPUS
361         ptl = __pte_lockptr(page);
362         spin_lock(ptl);
363 #endif
364
365         return ptl;
366 }
367
368 static void do_unlock(void *v)
369 {
370         spinlock_t *ptl = v;
371         spin_unlock(ptl);
372 }
373
374 static void xen_do_pin(unsigned level, unsigned long pfn)
375 {
376         struct mmuext_op *op;
377         struct multicall_space mcs;
378
379         mcs = __xen_mc_entry(sizeof(*op));
380         op = mcs.args;
381         op->cmd = level;
382         op->arg1.mfn = pfn_to_mfn(pfn);
383         MULTI_mmuext_op(mcs.mc, op, 1, NULL, DOMID_SELF);
384 }
385
386 static int pin_page(struct page *page, enum pt_level level)
387 {
388         unsigned pgfl = TestSetPagePinned(page);
389         int flush;
390
391         if (pgfl)
392                 flush = 0;              /* already pinned */
393         else if (PageHighMem(page))
394                 /* kmaps need flushing if we found an unpinned
395                    highpage */
396                 flush = 1;
397         else {
398                 void *pt = lowmem_page_address(page);
399                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
400                 struct multicall_space mcs = __xen_mc_entry(0);
401                 spinlock_t *ptl;
402
403                 flush = 0;
404
405                 ptl = NULL;
406                 if (level == PT_PTE)
407                         ptl = lock_pte(page);
408
409                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
410                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_RO),
411                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
412
413                 if (level == PT_PTE)
414                         xen_do_pin(MMUEXT_PIN_L1_TABLE, pfn);
415
416                 if (ptl) {
417                         /* Queue a deferred unlock for when this batch
418                            is completed. */
419                         xen_mc_callback(do_unlock, ptl);
420                 }
421         }
422
423         return flush;
424 }
425
426 /* This is called just after a mm has been created, but it has not
427    been used yet.  We need to make sure that its pagetable is all
428    read-only, and can be pinned. */
429 void xen_pgd_pin(pgd_t *pgd)
430 {
431         unsigned level;
432
433         xen_mc_batch();
434
435         if (pgd_walk(pgd, pin_page, TASK_SIZE)) {
436                 /* re-enable interrupts for kmap_flush_unused */
437                 xen_mc_issue(0);
438                 kmap_flush_unused();
439                 xen_mc_batch();
440         }
441
442 #ifdef CONFIG_X86_PAE
443         level = MMUEXT_PIN_L3_TABLE;
444 #else
445         level = MMUEXT_PIN_L2_TABLE;
446 #endif
447
448         xen_do_pin(level, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
449
450         xen_mc_issue(0);
451 }
452
453 /* The init_mm pagetable is really pinned as soon as its created, but
454    that's before we have page structures to store the bits.  So do all
455    the book-keeping now. */
456 static __init int mark_pinned(struct page *page, enum pt_level level)
457 {
458         SetPagePinned(page);
459         return 0;
460 }
461
462 void __init xen_mark_init_mm_pinned(void)
463 {
464         pgd_walk(init_mm.pgd, mark_pinned, FIXADDR_TOP);
465 }
466
467 static int unpin_page(struct page *page, enum pt_level level)
468 {
469         unsigned pgfl = TestClearPagePinned(page);
470
471         if (pgfl && !PageHighMem(page)) {
472                 void *pt = lowmem_page_address(page);
473                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
474                 spinlock_t *ptl = NULL;
475                 struct multicall_space mcs;
476
477                 if (level == PT_PTE) {
478                         ptl = lock_pte(page);
479
480                         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, pfn);
481                 }
482
483                 mcs = __xen_mc_entry(0);
484
485                 MULTI_update_va_mapping(mcs.mc, (unsigned long)pt,
486                                         pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL),
487                                         level == PT_PGD ? UVMF_TLB_FLUSH : 0);
488
489                 if (ptl) {
490                         /* unlock when batch completed */
491                         xen_mc_callback(do_unlock, ptl);
492                 }
493         }
494
495         return 0;               /* never need to flush on unpin */
496 }
497
498 /* Release a pagetables pages back as normal RW */
499 static void xen_pgd_unpin(pgd_t *pgd)
500 {
501         xen_mc_batch();
502
503         xen_do_pin(MMUEXT_UNPIN_TABLE, PFN_DOWN(__pa(pgd)));
504
505         pgd_walk(pgd, unpin_page, TASK_SIZE);
506
507         xen_mc_issue(0);
508 }
509
510 void xen_activate_mm(struct mm_struct *prev, struct mm_struct *next)
511 {
512         spin_lock(&next->page_table_lock);
513         xen_pgd_pin(next->pgd);
514         spin_unlock(&next->page_table_lock);
515 }
516
517 void xen_dup_mmap(struct mm_struct *oldmm, struct mm_struct *mm)
518 {
519         spin_lock(&mm->page_table_lock);
520         xen_pgd_pin(mm->pgd);
521         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
522 }
523
524
525 #ifdef CONFIG_SMP
526 /* Another cpu may still have their %cr3 pointing at the pagetable, so
527    we need to repoint it somewhere else before we can unpin it. */
528 static void drop_other_mm_ref(void *info)
529 {
530         struct mm_struct *mm = info;
531
532         if (__get_cpu_var(cpu_tlbstate).active_mm == mm)
533                 leave_mm(smp_processor_id());
534
535         /* If this cpu still has a stale cr3 reference, then make sure
536            it has been flushed. */
537         if (x86_read_percpu(xen_current_cr3) == __pa(mm->pgd)) {
538                 load_cr3(swapper_pg_dir);
539                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
540         }
541 }
542
543 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
544 {
545         cpumask_t mask;
546         unsigned cpu;
547
548         if (current->active_mm == mm) {
549                 if (current->mm == mm)
550                         load_cr3(swapper_pg_dir);
551                 else
552                         leave_mm(smp_processor_id());
553                 arch_flush_lazy_cpu_mode();
554         }
555
556         /* Get the "official" set of cpus referring to our pagetable. */
557         mask = mm->cpu_vm_mask;
558
559         /* It's possible that a vcpu may have a stale reference to our
560            cr3, because its in lazy mode, and it hasn't yet flushed
561            its set of pending hypercalls yet.  In this case, we can
562            look at its actual current cr3 value, and force it to flush
563            if needed. */
564         for_each_online_cpu(cpu) {
565                 if (per_cpu(xen_current_cr3, cpu) == __pa(mm->pgd))
566                         cpu_set(cpu, mask);
567         }
568
569         if (!cpus_empty(mask))
570                 xen_smp_call_function_mask(mask, drop_other_mm_ref, mm, 1);
571 }
572 #else
573 static void drop_mm_ref(struct mm_struct *mm)
574 {
575         if (current->active_mm == mm)
576                 load_cr3(swapper_pg_dir);
577 }
578 #endif
579
580 /*
581  * While a process runs, Xen pins its pagetables, which means that the
582  * hypervisor forces it to be read-only, and it controls all updates
583  * to it.  This means that all pagetable updates have to go via the
584  * hypervisor, which is moderately expensive.
585  *
586  * Since we're pulling the pagetable down, we switch to use init_mm,
587  * unpin old process pagetable and mark it all read-write, which
588  * allows further operations on it to be simple memory accesses.
589  *
590  * The only subtle point is that another CPU may be still using the
591  * pagetable because of lazy tlb flushing.  This means we need need to
592  * switch all CPUs off this pagetable before we can unpin it.
593  */
594 void xen_exit_mmap(struct mm_struct *mm)
595 {
596         get_cpu();              /* make sure we don't move around */
597         drop_mm_ref(mm);
598         put_cpu();
599
600         spin_lock(&mm->page_table_lock);
601
602         /* pgd may not be pinned in the error exit path of execve */
603         if (PagePinned(virt_to_page(mm->pgd)))
604                 xen_pgd_unpin(mm->pgd);
605
606         spin_unlock(&mm->page_table_lock);
607 }