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