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[linux-2.6] / drivers / gpu / drm / drm_gem.c
1 /*
2  * Copyright © 2008 Intel Corporation
3  *
4  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a
5  * copy of this software and associated documentation files (the "Software"),
6  * to deal in the Software without restriction, including without limitation
7  * the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense,
8  * and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the
9  * Software is furnished to do so, subject to the following conditions:
10  *
11  * The above copyright notice and this permission notice (including the next
12  * paragraph) shall be included in all copies or substantial portions of the
13  * Software.
14  *
15  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR
16  * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY,
17  * FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT.  IN NO EVENT SHALL
18  * THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER
19  * LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING
20  * FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS
21  * IN THE SOFTWARE.
22  *
23  * Authors:
24  *    Eric Anholt <eric@anholt.net>
25  *
26  */
27
28 #include <linux/types.h>
29 #include <linux/slab.h>
30 #include <linux/mm.h>
31 #include <linux/uaccess.h>
32 #include <linux/fs.h>
33 #include <linux/file.h>
34 #include <linux/module.h>
35 #include <linux/mman.h>
36 #include <linux/pagemap.h>
37 #include "drmP.h"
38
39 /** @file drm_gem.c
40  *
41  * This file provides some of the base ioctls and library routines for
42  * the graphics memory manager implemented by each device driver.
43  *
44  * Because various devices have different requirements in terms of
45  * synchronization and migration strategies, implementing that is left up to
46  * the driver, and all that the general API provides should be generic --
47  * allocating objects, reading/writing data with the cpu, freeing objects.
48  * Even there, platform-dependent optimizations for reading/writing data with
49  * the CPU mean we'll likely hook those out to driver-specific calls.  However,
50  * the DRI2 implementation wants to have at least allocate/mmap be generic.
51  *
52  * The goal was to have swap-backed object allocation managed through
53  * struct file.  However, file descriptors as handles to a struct file have
54  * two major failings:
55  * - Process limits prevent more than 1024 or so being used at a time by
56  *   default.
57  * - Inability to allocate high fds will aggravate the X Server's select()
58  *   handling, and likely that of many GL client applications as well.
59  *
60  * This led to a plan of using our own integer IDs (called handles, following
61  * DRM terminology) to mimic fds, and implement the fd syscalls we need as
62  * ioctls.  The objects themselves will still include the struct file so
63  * that we can transition to fds if the required kernel infrastructure shows
64  * up at a later date, and as our interface with shmfs for memory allocation.
65  */
66
67 /*
68  * We make up offsets for buffer objects so we can recognize them at
69  * mmap time.
70  */
71 #define DRM_FILE_PAGE_OFFSET_START ((0xFFFFFFFFUL >> PAGE_SHIFT) + 1)
72 #define DRM_FILE_PAGE_OFFSET_SIZE ((0xFFFFFFFFUL >> PAGE_SHIFT) * 16)
73
74 /**
75  * Initialize the GEM device fields
76  */
77
78 int
79 drm_gem_init(struct drm_device *dev)
80 {
81         struct drm_gem_mm *mm;
82
83         spin_lock_init(&dev->object_name_lock);
84         idr_init(&dev->object_name_idr);
85         atomic_set(&dev->object_count, 0);
86         atomic_set(&dev->object_memory, 0);
87         atomic_set(&dev->pin_count, 0);
88         atomic_set(&dev->pin_memory, 0);
89         atomic_set(&dev->gtt_count, 0);
90         atomic_set(&dev->gtt_memory, 0);
91
92         mm = drm_calloc(1, sizeof(struct drm_gem_mm), DRM_MEM_MM);
93         if (!mm) {
94                 DRM_ERROR("out of memory\n");
95                 return -ENOMEM;
96         }
97
98         dev->mm_private = mm;
99
100         if (drm_ht_create(&mm->offset_hash, 19)) {
101                 drm_free(mm, sizeof(struct drm_gem_mm), DRM_MEM_MM);
102                 return -ENOMEM;
103         }
104
105         if (drm_mm_init(&mm->offset_manager, DRM_FILE_PAGE_OFFSET_START,
106                         DRM_FILE_PAGE_OFFSET_SIZE)) {
107                 drm_free(mm, sizeof(struct drm_gem_mm), DRM_MEM_MM);
108                 drm_ht_remove(&mm->offset_hash);
109                 return -ENOMEM;
110         }
111
112         return 0;
113 }
114
115 void
116 drm_gem_destroy(struct drm_device *dev)
117 {
118         struct drm_gem_mm *mm = dev->mm_private;
119
120         drm_mm_takedown(&mm->offset_manager);
121         drm_ht_remove(&mm->offset_hash);
122         drm_free(mm, sizeof(struct drm_gem_mm), DRM_MEM_MM);
123         dev->mm_private = NULL;
124 }
125
126 /**
127  * Allocate a GEM object of the specified size with shmfs backing store
128  */
129 struct drm_gem_object *
130 drm_gem_object_alloc(struct drm_device *dev, size_t size)
131 {
132         struct drm_gem_object *obj;
133
134         BUG_ON((size & (PAGE_SIZE - 1)) != 0);
135
136         obj = kcalloc(1, sizeof(*obj), GFP_KERNEL);
137
138         obj->dev = dev;
139         obj->filp = shmem_file_setup("drm mm object", size, 0);
140         if (IS_ERR(obj->filp)) {
141                 kfree(obj);
142                 return NULL;
143         }
144
145         kref_init(&obj->refcount);
146         kref_init(&obj->handlecount);
147         obj->size = size;
148         if (dev->driver->gem_init_object != NULL &&
149             dev->driver->gem_init_object(obj) != 0) {
150                 fput(obj->filp);
151                 kfree(obj);
152                 return NULL;
153         }
154         atomic_inc(&dev->object_count);
155         atomic_add(obj->size, &dev->object_memory);
156         return obj;
157 }
158 EXPORT_SYMBOL(drm_gem_object_alloc);
159
160 /**
161  * Removes the mapping from handle to filp for this object.
162  */
163 static int
164 drm_gem_handle_delete(struct drm_file *filp, int handle)
165 {
166         struct drm_device *dev;
167         struct drm_gem_object *obj;
168
169         /* This is gross. The idr system doesn't let us try a delete and
170          * return an error code.  It just spews if you fail at deleting.
171          * So, we have to grab a lock around finding the object and then
172          * doing the delete on it and dropping the refcount, or the user
173          * could race us to double-decrement the refcount and cause a
174          * use-after-free later.  Given the frequency of our handle lookups,
175          * we may want to use ida for number allocation and a hash table
176          * for the pointers, anyway.
177          */
178         spin_lock(&filp->table_lock);
179
180         /* Check if we currently have a reference on the object */
181         obj = idr_find(&filp->object_idr, handle);
182         if (obj == NULL) {
183                 spin_unlock(&filp->table_lock);
184                 return -EINVAL;
185         }
186         dev = obj->dev;
187
188         /* Release reference and decrement refcount. */
189         idr_remove(&filp->object_idr, handle);
190         spin_unlock(&filp->table_lock);
191
192         mutex_lock(&dev->struct_mutex);
193         drm_gem_object_handle_unreference(obj);
194         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
195
196         return 0;
197 }
198
199 /**
200  * Create a handle for this object. This adds a handle reference
201  * to the object, which includes a regular reference count. Callers
202  * will likely want to dereference the object afterwards.
203  */
204 int
205 drm_gem_handle_create(struct drm_file *file_priv,
206                        struct drm_gem_object *obj,
207                        int *handlep)
208 {
209         int     ret;
210
211         /*
212          * Get the user-visible handle using idr.
213          */
214 again:
215         /* ensure there is space available to allocate a handle */
216         if (idr_pre_get(&file_priv->object_idr, GFP_KERNEL) == 0)
217                 return -ENOMEM;
218
219         /* do the allocation under our spinlock */
220         spin_lock(&file_priv->table_lock);
221         ret = idr_get_new_above(&file_priv->object_idr, obj, 1, handlep);
222         spin_unlock(&file_priv->table_lock);
223         if (ret == -EAGAIN)
224                 goto again;
225
226         if (ret != 0)
227                 return ret;
228
229         drm_gem_object_handle_reference(obj);
230         return 0;
231 }
232 EXPORT_SYMBOL(drm_gem_handle_create);
233
234 /** Returns a reference to the object named by the handle. */
235 struct drm_gem_object *
236 drm_gem_object_lookup(struct drm_device *dev, struct drm_file *filp,
237                       int handle)
238 {
239         struct drm_gem_object *obj;
240
241         spin_lock(&filp->table_lock);
242
243         /* Check if we currently have a reference on the object */
244         obj = idr_find(&filp->object_idr, handle);
245         if (obj == NULL) {
246                 spin_unlock(&filp->table_lock);
247                 return NULL;
248         }
249
250         drm_gem_object_reference(obj);
251
252         spin_unlock(&filp->table_lock);
253
254         return obj;
255 }
256 EXPORT_SYMBOL(drm_gem_object_lookup);
257
258 /**
259  * Releases the handle to an mm object.
260  */
261 int
262 drm_gem_close_ioctl(struct drm_device *dev, void *data,
263                     struct drm_file *file_priv)
264 {
265         struct drm_gem_close *args = data;
266         int ret;
267
268         if (!(dev->driver->driver_features & DRIVER_GEM))
269                 return -ENODEV;
270
271         ret = drm_gem_handle_delete(file_priv, args->handle);
272
273         return ret;
274 }
275
276 /**
277  * Create a global name for an object, returning the name.
278  *
279  * Note that the name does not hold a reference; when the object
280  * is freed, the name goes away.
281  */
282 int
283 drm_gem_flink_ioctl(struct drm_device *dev, void *data,
284                     struct drm_file *file_priv)
285 {
286         struct drm_gem_flink *args = data;
287         struct drm_gem_object *obj;
288         int ret;
289
290         if (!(dev->driver->driver_features & DRIVER_GEM))
291                 return -ENODEV;
292
293         obj = drm_gem_object_lookup(dev, file_priv, args->handle);
294         if (obj == NULL)
295                 return -EBADF;
296
297 again:
298         if (idr_pre_get(&dev->object_name_idr, GFP_KERNEL) == 0)
299                 return -ENOMEM;
300
301         spin_lock(&dev->object_name_lock);
302         if (obj->name) {
303                 args->name = obj->name;
304                 spin_unlock(&dev->object_name_lock);
305                 return 0;
306         }
307         ret = idr_get_new_above(&dev->object_name_idr, obj, 1,
308                                  &obj->name);
309         spin_unlock(&dev->object_name_lock);
310         if (ret == -EAGAIN)
311                 goto again;
312
313         if (ret != 0) {
314                 mutex_lock(&dev->struct_mutex);
315                 drm_gem_object_unreference(obj);
316                 mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
317                 return ret;
318         }
319
320         /*
321          * Leave the reference from the lookup around as the
322          * name table now holds one
323          */
324         args->name = (uint64_t) obj->name;
325
326         return 0;
327 }
328
329 /**
330  * Open an object using the global name, returning a handle and the size.
331  *
332  * This handle (of course) holds a reference to the object, so the object
333  * will not go away until the handle is deleted.
334  */
335 int
336 drm_gem_open_ioctl(struct drm_device *dev, void *data,
337                    struct drm_file *file_priv)
338 {
339         struct drm_gem_open *args = data;
340         struct drm_gem_object *obj;
341         int ret;
342         int handle;
343
344         if (!(dev->driver->driver_features & DRIVER_GEM))
345                 return -ENODEV;
346
347         spin_lock(&dev->object_name_lock);
348         obj = idr_find(&dev->object_name_idr, (int) args->name);
349         if (obj)
350                 drm_gem_object_reference(obj);
351         spin_unlock(&dev->object_name_lock);
352         if (!obj)
353                 return -ENOENT;
354
355         ret = drm_gem_handle_create(file_priv, obj, &handle);
356         mutex_lock(&dev->struct_mutex);
357         drm_gem_object_unreference(obj);
358         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
359         if (ret)
360                 return ret;
361
362         args->handle = handle;
363         args->size = obj->size;
364
365         return 0;
366 }
367
368 /**
369  * Called at device open time, sets up the structure for handling refcounting
370  * of mm objects.
371  */
372 void
373 drm_gem_open(struct drm_device *dev, struct drm_file *file_private)
374 {
375         idr_init(&file_private->object_idr);
376         spin_lock_init(&file_private->table_lock);
377 }
378
379 /**
380  * Called at device close to release the file's
381  * handle references on objects.
382  */
383 static int
384 drm_gem_object_release_handle(int id, void *ptr, void *data)
385 {
386         struct drm_gem_object *obj = ptr;
387
388         drm_gem_object_handle_unreference(obj);
389
390         return 0;
391 }
392
393 /**
394  * Called at close time when the filp is going away.
395  *
396  * Releases any remaining references on objects by this filp.
397  */
398 void
399 drm_gem_release(struct drm_device *dev, struct drm_file *file_private)
400 {
401         mutex_lock(&dev->struct_mutex);
402         idr_for_each(&file_private->object_idr,
403                      &drm_gem_object_release_handle, NULL);
404
405         idr_destroy(&file_private->object_idr);
406         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
407 }
408
409 /**
410  * Called after the last reference to the object has been lost.
411  *
412  * Frees the object
413  */
414 void
415 drm_gem_object_free(struct kref *kref)
416 {
417         struct drm_gem_object *obj = (struct drm_gem_object *) kref;
418         struct drm_device *dev = obj->dev;
419
420         BUG_ON(!mutex_is_locked(&dev->struct_mutex));
421
422         if (dev->driver->gem_free_object != NULL)
423                 dev->driver->gem_free_object(obj);
424
425         fput(obj->filp);
426         atomic_dec(&dev->object_count);
427         atomic_sub(obj->size, &dev->object_memory);
428         kfree(obj);
429 }
430 EXPORT_SYMBOL(drm_gem_object_free);
431
432 /**
433  * Called after the last handle to the object has been closed
434  *
435  * Removes any name for the object. Note that this must be
436  * called before drm_gem_object_free or we'll be touching
437  * freed memory
438  */
439 void
440 drm_gem_object_handle_free(struct kref *kref)
441 {
442         struct drm_gem_object *obj = container_of(kref,
443                                                   struct drm_gem_object,
444                                                   handlecount);
445         struct drm_device *dev = obj->dev;
446
447         /* Remove any name for this object */
448         spin_lock(&dev->object_name_lock);
449         if (obj->name) {
450                 idr_remove(&dev->object_name_idr, obj->name);
451                 spin_unlock(&dev->object_name_lock);
452                 /*
453                  * The object name held a reference to this object, drop
454                  * that now.
455                  */
456                 drm_gem_object_unreference(obj);
457         } else
458                 spin_unlock(&dev->object_name_lock);
459
460 }
461 EXPORT_SYMBOL(drm_gem_object_handle_free);
462
463 /**
464  * drm_gem_mmap - memory map routine for GEM objects
465  * @filp: DRM file pointer
466  * @vma: VMA for the area to be mapped
467  *
468  * If a driver supports GEM object mapping, mmap calls on the DRM file
469  * descriptor will end up here.
470  *
471  * If we find the object based on the offset passed in (vma->vm_pgoff will
472  * contain the fake offset we created when the GTT map ioctl was called on
473  * the object), we set up the driver fault handler so that any accesses
474  * to the object can be trapped, to perform migration, GTT binding, surface
475  * register allocation, or performance monitoring.
476  */
477 int drm_gem_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
478 {
479         struct drm_file *priv = filp->private_data;
480         struct drm_device *dev = priv->minor->dev;
481         struct drm_gem_mm *mm = dev->mm_private;
482         struct drm_map *map = NULL;
483         struct drm_gem_object *obj;
484         struct drm_hash_item *hash;
485         unsigned long prot;
486         int ret = 0;
487
488         mutex_lock(&dev->struct_mutex);
489
490         if (drm_ht_find_item(&mm->offset_hash, vma->vm_pgoff, &hash)) {
491                 mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
492                 return drm_mmap(filp, vma);
493         }
494
495         map = drm_hash_entry(hash, struct drm_map_list, hash)->map;
496         if (!map ||
497             ((map->flags & _DRM_RESTRICTED) && !capable(CAP_SYS_ADMIN))) {
498                 ret =  -EPERM;
499                 goto out_unlock;
500         }
501
502         /* Check for valid size. */
503         if (map->size < vma->vm_end - vma->vm_start) {
504                 ret = -EINVAL;
505                 goto out_unlock;
506         }
507
508         obj = map->handle;
509         if (!obj->dev->driver->gem_vm_ops) {
510                 ret = -EINVAL;
511                 goto out_unlock;
512         }
513
514         vma->vm_flags |= VM_RESERVED | VM_IO | VM_PFNMAP | VM_DONTEXPAND;
515         vma->vm_ops = obj->dev->driver->gem_vm_ops;
516         vma->vm_private_data = map->handle;
517         /* FIXME: use pgprot_writecombine when available */
518         prot = pgprot_val(vma->vm_page_prot);
519 #ifdef CONFIG_X86
520         prot |= _PAGE_CACHE_WC;
521 #endif
522         vma->vm_page_prot = __pgprot(prot);
523
524         vma->vm_file = filp;    /* Needed for drm_vm_open() */
525         drm_vm_open_locked(vma);
526
527 out_unlock:
528         mutex_unlock(&dev->struct_mutex);
529
530         return ret;
531 }
532 EXPORT_SYMBOL(drm_gem_mmap);