err.no Git - linux-2.6/blob - arch/x86/mm/pat.c

   1 /*
   2  * Handle caching attributes in page tables (PAT)
   3  *
   4  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   5  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
   6  *
   7  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
   8  */
   9
  10 #include <linux/mm.h>
  11 #include <linux/kernel.h>
  12 #include <linux/gfp.h>
  13 #include <linux/fs.h>
  14 #include <linux/bootmem.h>
  15
  16 #include <asm/msr.h>
  17 #include <asm/tlbflush.h>
  18 #include <asm/processor.h>
  19 #include <asm/page.h>
  20 #include <asm/pgtable.h>
  21 #include <asm/pat.h>
  22 #include <asm/e820.h>
  23 #include <asm/cacheflush.h>
  24 #include <asm/fcntl.h>
  25 #include <asm/mtrr.h>
  26 #include <asm/io.h>
  27
  28 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  29 int __read_mostly pat_wc_enabled = 1;
  30
  31 void __cpuinit pat_disable(char *reason)
  32 {
  33         pat_wc_enabled = 0;
  34         printk(KERN_INFO "%s\n", reason);
  35 }
  36
  37 static int nopat(char *str)
  38 {
  39         pat_disable("PAT support disabled.");
  40         return 0;
  41 }
  42 early_param("nopat", nopat);
  43 #endif
  44
  45
  46 static int debug_enable;
  47 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  48 {
  49         debug_enable = 1;
  50         return 0;
  51 }
  52 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  53
  54 #define dprintk(fmt, arg...) \
  55         do { if (debug_enable) printk(KERN_INFO fmt, ##arg); } while (0)
  56
  57
  58 static u64 __read_mostly boot_pat_state;
  59
  60 enum {
  61         PAT_UC = 0,             /* uncached */
  62         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
  63         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
  64         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
  65         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
  66         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
  67 };
  68
  69 #define PAT(x,y)        ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
  70
  71 void pat_init(void)
  72 {
  73         u64 pat;
  74
  75         if (!pat_wc_enabled)
  76                 return;
  77
  78         /* Paranoia check. */
  79         if (!cpu_has_pat) {
  80                 printk(KERN_ERR "PAT enabled, but CPU feature cleared\n");
  81                 /*
  82                  * Panic if this happens on the secondary CPU, and we
  83                  * switched to PAT on the boot CPU. We have no way to
  84                  * undo PAT.
  85                 */
  86                 BUG_ON(boot_pat_state);
  87         }
  88
  89         /* Set PWT to Write-Combining. All other bits stay the same */
  90         /*
  91          * PTE encoding used in Linux:
  92          *      PAT
  93          *      |PCD
  94          *      ||PWT
  95          *      |||
  96          *      000 WB          _PAGE_CACHE_WB
  97          *      001 WC          _PAGE_CACHE_WC
  98          *      010 UC-         _PAGE_CACHE_UC_MINUS
  99          *      011 UC          _PAGE_CACHE_UC
 100          * PAT bit unused
 101          */
 102         pat = PAT(0,WB) | PAT(1,WC) | PAT(2,UC_MINUS) | PAT(3,UC) |
 103               PAT(4,WB) | PAT(5,WC) | PAT(6,UC_MINUS) | PAT(7,UC);
 104
 105         /* Boot CPU check */
 106         if (!boot_pat_state)
 107                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, boot_pat_state);
 108
 109         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 110         printk(KERN_INFO "x86 PAT enabled: cpu %d, old 0x%Lx, new 0x%Lx\n",
 111                smp_processor_id(), boot_pat_state, pat);
 112 }
 113
 114 #undef PAT
 115
 116 static char *cattr_name(unsigned long flags)
 117 {
 118         switch (flags & _PAGE_CACHE_MASK) {
 119                 case _PAGE_CACHE_UC:            return "uncached";
 120                 case _PAGE_CACHE_UC_MINUS:      return "uncached-minus";
 121                 case _PAGE_CACHE_WB:            return "write-back";
 122                 case _PAGE_CACHE_WC:            return "write-combining";
 123                 default:                        return "broken";
 124         }
 125 }
 126
 127 /*
 128  * The global memtype list keeps track of memory type for specific
 129  * physical memory areas. Conflicting memory types in different
 130  * mappings can cause CPU cache corruption. To avoid this we keep track.
 131  *
 132  * The list is sorted based on starting address and can contain multiple
 133  * entries for each address (this allows reference counting for overlapping
 134  * areas). All the aliases have the same cache attributes of course.
 135  * Zero attributes are represented as holes.
 136  *
 137  * Currently the data structure is a list because the number of mappings
 138  * are expected to be relatively small. If this should be a problem
 139  * it could be changed to a rbtree or similar.
 140  *
 141  * memtype_lock protects the whole list.
 142  */
 143
 144 struct memtype {
 145         u64 start;
 146         u64 end;
 147         unsigned long type;
 148         struct list_head nd;
 149 };
 150
 151 static LIST_HEAD(memtype_list);
 152 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype list */
 153
 154 /*
 155  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 156  * the resulting memory type as PAT understands it.
 157  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 158  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 159  * SDM vol 3a
 160  */
 161 static int pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end, unsigned long prot,
 162                                 unsigned long *ret_prot)
 163 {
 164         unsigned long pat_type;
 165         u8 mtrr_type;
 166
 167         pat_type = prot & _PAGE_CACHE_MASK;
 168         prot &= (~_PAGE_CACHE_MASK);
 169
 170         /*
 171          * We return the PAT request directly for types where PAT takes
 172          * precedence with respect to MTRR and for UC_MINUS.
 173          * Consistency checks with other PAT requests is done later
 174          * while going through memtype list.
 175          */
 176         if (pat_type == _PAGE_CACHE_WC) {
 177                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_WC;
 178                 return 0;
 179         } else if (pat_type == _PAGE_CACHE_UC_MINUS) {
 180                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 181                 return 0;
 182         } else if (pat_type == _PAGE_CACHE_UC) {
 183                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_UC;
 184                 return 0;
 185         }
 186
 187         /*
 188          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 189          * request is for WB.
 190          */
 191         mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 192
 193         if (mtrr_type == MTRR_TYPE_UNCACHABLE) {
 194                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_UC;
 195         } else if (mtrr_type == MTRR_TYPE_WRCOMB) {
 196                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_WC;
 197         } else {
 198                 *ret_prot = prot | _PAGE_CACHE_WB;
 199         }
 200
 201         return 0;
 202 }
 203
 204 /*
 205  * req_type typically has one of the:
 206  * - _PAGE_CACHE_WB
 207  * - _PAGE_CACHE_WC
 208  * - _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 209  * - _PAGE_CACHE_UC
 210  *
 211  * req_type will have a special case value '-1', when requester want to inherit
 212  * the memory type from mtrr (if WB), existing PAT, defaulting to UC_MINUS.
 213  *
 214  * If ret_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 215  * region with req_type. If ret_type is non-null, function will return
 216  * available type in ret_type in case of no error. In case of any error
 217  * it will return a negative return value.
 218  */
 219 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, unsigned long req_type,
 220                         unsigned long *ret_type)
 221 {
 222         struct memtype *new_entry = NULL;
 223         struct memtype *parse;
 224         unsigned long actual_type;
 225         int err = 0;
 226
 227         /* Only track when pat_wc_enabled */
 228         if (!pat_wc_enabled) {
 229                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 230                 if (ret_type) {
 231                         if (req_type == -1) {
 232                                 *ret_type = _PAGE_CACHE_WB;
 233                         } else {
 234                                 *ret_type = req_type;
 235                         }
 236                 }
 237                 return 0;
 238         }
 239
 240         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 241         if (start >= ISA_START_ADDRESS && (end - 1) <= ISA_END_ADDRESS) {
 242                 if (ret_type)
 243                         *ret_type = _PAGE_CACHE_WB;
 244
 245                 return 0;
 246         }
 247
 248         if (req_type == -1) {
 249                 /*
 250                  * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 251                  * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 252                  * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 253                  * UC_MINUS otherwise.
 254                  */
 255                 u8 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end);
 256
 257                 if (mtrr_type == MTRR_TYPE_WRBACK) {
 258                         req_type = _PAGE_CACHE_WB;
 259                         actual_type = _PAGE_CACHE_WB;
 260                 } else {
 261                         req_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 262                         actual_type = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 263                 }
 264         } else {
 265                 req_type &= _PAGE_CACHE_MASK;
 266                 err = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type, &actual_type);
 267         }
 268
 269         if (err) {
 270                 if (ret_type)
 271                         *ret_type = actual_type;
 272
 273                 return -EINVAL;
 274         }
 275
 276         new_entry  = kmalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 277         if (!new_entry)
 278                 return -ENOMEM;
 279
 280         new_entry->start = start;
 281         new_entry->end = end;
 282         new_entry->type = actual_type;
 283
 284         if (ret_type)
 285                 *ret_type = actual_type;
 286
 287         spin_lock(&memtype_lock);
 288
 289         /* Search for existing mapping that overlaps the current range */
 290         list_for_each_entry(parse, &memtype_list, nd) {
 291                 struct memtype *saved_ptr;
 292
 293                 if (parse->start >= end) {
 294                         dprintk("New Entry\n");
 295                         list_add(&new_entry->nd, parse->nd.prev);
 296                         new_entry = NULL;
 297                         break;
 298                 }
 299
 300                 if (start <= parse->start && end >= parse->start) {
 301                         if (actual_type != parse->type && ret_type) {
 302                                 actual_type = parse->type;
 303                                 *ret_type = actual_type;
 304                                 new_entry->type = actual_type;
 305                         }
 306
 307                         if (actual_type != parse->type) {
 308                                 printk(
 309                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 310                                         current->comm, current->pid,
 311                                         start, end,
 312                                         cattr_name(actual_type),
 313                                         cattr_name(parse->type));
 314                                 err = -EBUSY;
 315                                 break;
 316                         }
 317
 318                         saved_ptr = parse;
 319                         /*
 320                          * Check to see whether the request overlaps more
 321                          * than one entry in the list
 322                          */
 323                         list_for_each_entry_continue(parse, &memtype_list, nd) {
 324                                 if (end <= parse->start) {
 325                                         break;
 326                                 }
 327
 328                                 if (actual_type != parse->type) {
 329                                         printk(
 330                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 331                                                 current->comm, current->pid,
 332                                                 start, end,
 333                                                 cattr_name(actual_type),
 334                                                 cattr_name(parse->type));
 335                                         err = -EBUSY;
 336                                         break;
 337                                 }
 338                         }
 339
 340                         if (err) {
 341                                 break;
 342                         }
 343
 344                         dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 345                                saved_ptr->start, saved_ptr->end);
 346                         /* No conflict. Go ahead and add this new entry */
 347                         list_add(&new_entry->nd, saved_ptr->nd.prev);
 348                         new_entry = NULL;
 349                         break;
 350                 }
 351
 352                 if (start < parse->end) {
 353                         if (actual_type != parse->type && ret_type) {
 354                                 actual_type = parse->type;
 355                                 *ret_type = actual_type;
 356                                 new_entry->type = actual_type;
 357                         }
 358
 359                         if (actual_type != parse->type) {
 360                                 printk(
 361                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 362                                         current->comm, current->pid,
 363                                         start, end,
 364                                         cattr_name(actual_type),
 365                                         cattr_name(parse->type));
 366                                 err = -EBUSY;
 367                                 break;
 368                         }
 369
 370                         saved_ptr = parse;
 371                         /*
 372                          * Check to see whether the request overlaps more
 373                          * than one entry in the list
 374                          */
 375                         list_for_each_entry_continue(parse, &memtype_list, nd) {
 376                                 if (end <= parse->start) {
 377                                         break;
 378                                 }
 379
 380                                 if (actual_type != parse->type) {
 381                                         printk(
 382                 KERN_INFO "%s:%d conflicting memory types %Lx-%Lx %s<->%s\n",
 383                                                 current->comm, current->pid,
 384                                                 start, end,
 385                                                 cattr_name(actual_type),
 386                                                 cattr_name(parse->type));
 387                                         err = -EBUSY;
 388                                         break;
 389                                 }
 390                         }
 391
 392                         if (err) {
 393                                 break;
 394                         }
 395
 396                         dprintk("Overlap at 0x%Lx-0x%Lx\n",
 397                                  saved_ptr->start, saved_ptr->end);
 398                         /* No conflict. Go ahead and add this new entry */
 399                         list_add(&new_entry->nd, &saved_ptr->nd);
 400                         new_entry = NULL;
 401                         break;
 402                 }
 403         }
 404
 405         if (err) {
 406                 printk(KERN_INFO
 407         "reserve_memtype failed 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s\n",
 408                         start, end, cattr_name(new_entry->type),
 409                         cattr_name(req_type));
 410                 kfree(new_entry);
 411                 spin_unlock(&memtype_lock);
 412                 return err;
 413         }
 414
 415         if (new_entry) {
 416                 /* No conflict. Not yet added to the list. Add to the tail */
 417                 list_add_tail(&new_entry->nd, &memtype_list);
 418                 dprintk("New Entry\n");
 419         }
 420
 421         if (ret_type) {
 422                 dprintk(
 423         "reserve_memtype added 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s, ret %s\n",
 424                         start, end, cattr_name(actual_type),
 425                         cattr_name(req_type), cattr_name(*ret_type));
 426         } else {
 427                 dprintk(
 428         "reserve_memtype added 0x%Lx-0x%Lx, track %s, req %s\n",
 429                         start, end, cattr_name(actual_type),
 430                         cattr_name(req_type));
 431         }
 432
 433         spin_unlock(&memtype_lock);
 434         return err;
 435 }
 436
 437 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 438 {
 439         struct memtype *ml;
 440         int err = -EINVAL;
 441
 442         /* Only track when pat_wc_enabled */
 443         if (!pat_wc_enabled) {
 444                 return 0;
 445         }
 446
 447         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 448         if (start >= ISA_START_ADDRESS && end <= ISA_END_ADDRESS) {
 449                 return 0;
 450         }
 451
 452         spin_lock(&memtype_lock);
 453         list_for_each_entry(ml, &memtype_list, nd) {
 454                 if (ml->start == start && ml->end == end) {
 455                         list_del(&ml->nd);
 456                         kfree(ml);
 457                         err = 0;
 458                         break;
 459                 }
 460         }
 461         spin_unlock(&memtype_lock);
 462
 463         if (err) {
 464                 printk(KERN_INFO "%s:%d freeing invalid memtype %Lx-%Lx\n",
 465                         current->comm, current->pid, start, end);
 466         }
 467
 468         dprintk("free_memtype request 0x%Lx-0x%Lx\n", start, end);
 469         return err;
 470 }
 471
 472
 473 /*
 474  * /dev/mem mmap interface. The memtype used for mapping varies:
 475  * - Use UC for mappings with O_SYNC flag
 476  * - Without O_SYNC flag, if there is any conflict in reserve_memtype,
 477  *   inherit the memtype from existing mapping.
 478  * - Else use UC_MINUS memtype (for backward compatibility with existing
 479  *   X drivers.
 480  */
 481 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 482                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 483 {
 484         return vma_prot;
 485 }
 486
 487 #ifdef CONFIG_NONPROMISC_DEVMEM
 488 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of NONPROMISC_DEVMEM*/
 489 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 490 {
 491         return 1;
 492 }
 493 #else
 494 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 495 {
 496         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 497         u64 to = from + size;
 498         u64 cursor = from;
 499
 500         while (cursor < to) {
 501                 if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
 502                         printk(KERN_INFO
 503                 "Program %s tried to access /dev/mem between %Lx->%Lx.\n",
 504                                 current->comm, from, to);
 505                         return 0;
 506                 }
 507                 cursor += PAGE_SIZE;
 508                 pfn++;
 509         }
 510         return 1;
 511 }
 512 #endif /* CONFIG_NONPROMISC_DEVMEM */
 513
 514 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 515                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 516 {
 517         u64 offset = ((u64) pfn) << PAGE_SHIFT;
 518         unsigned long flags = _PAGE_CACHE_UC_MINUS;
 519         int retval;
 520
 521         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 522                 return 0;
 523
 524         if (file->f_flags & O_SYNC) {
 525                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 526         }
 527
 528 #ifdef CONFIG_X86_32
 529         /*
 530          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 531          * memory types for physical addresses outside main memory,
 532          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 533          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 534          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 535          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 536          */
 537         if (!pat_wc_enabled &&
 538             ! ( boot_cpu_has(X86_FEATURE_MTRR) ||
 539                 boot_cpu_has(X86_FEATURE_K6_MTRR) ||
 540                 boot_cpu_has(X86_FEATURE_CYRIX_ARR) ||
 541                 boot_cpu_has(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR)) &&
 542            (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 543                 flags = _PAGE_CACHE_UC;
 544         }
 545 #endif
 546
 547         /*
 548          * With O_SYNC, we can only take UC mapping. Fail if we cannot.
 549          * Without O_SYNC, we want to get
 550          * - WB for WB-able memory and no other conflicting mappings
 551          * - UC_MINUS for non-WB-able memory with no other conflicting mappings
 552          * - Inherit from confliting mappings otherwise
 553          */
 554         if (flags != _PAGE_CACHE_UC_MINUS) {
 555                 retval = reserve_memtype(offset, offset + size, flags, NULL);
 556         } else {
 557                 retval = reserve_memtype(offset, offset + size, -1, &flags);
 558         }
 559
 560         if (retval < 0)
 561                 return 0;
 562
 563         if (pfn <= max_pfn_mapped &&
 564             ioremap_change_attr((unsigned long)__va(offset), size, flags) < 0) {
 565                 free_memtype(offset, offset + size);
 566                 printk(KERN_INFO
 567                 "%s:%d /dev/mem ioremap_change_attr failed %s for %Lx-%Lx\n",
 568                         current->comm, current->pid,
 569                         cattr_name(flags),
 570                         offset, (unsigned long long)(offset + size));
 571                 return 0;
 572         }
 573
 574         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 575                              flags);
 576         return 1;
 577 }
 578
 579 void map_devmem(unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 580 {
 581         u64 addr = (u64)pfn << PAGE_SHIFT;
 582         unsigned long flags;
 583         unsigned long want_flags = (pgprot_val(vma_prot) & _PAGE_CACHE_MASK);
 584
 585         reserve_memtype(addr, addr + size, want_flags, &flags);
 586         if (flags != want_flags) {
 587                 printk(KERN_INFO
 588                 "%s:%d /dev/mem expected mapping type %s for %Lx-%Lx, got %s\n",
 589                         current->comm, current->pid,
 590                         cattr_name(want_flags),
 591                         addr, (unsigned long long)(addr + size),
 592                         cattr_name(flags));
 593         }
 594 }
 595
 596 void unmap_devmem(unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 597 {
 598         u64 addr = (u64)pfn << PAGE_SHIFT;
 599
 600         free_memtype(addr, addr + size);
 601 }
 602