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/seq_file.h>
  11 #include <linux/memblock.h>
  12 #include <linux/debugfs.h>
  13 #include <linux/ioport.h>
  14 #include <linux/kernel.h>
  15 #include <linux/pfn_t.h>
  16 #include <linux/slab.h>
  17 #include <linux/mm.h>
  18 #include <linux/fs.h>
  19 #include <linux/rbtree.h>
  20
  21 #include <asm/cacheflush.h>
  22 #include <asm/processor.h>
  23 #include <asm/tlbflush.h>
  24 #include <asm/x86_init.h>
  25 #include <asm/pgtable.h>
  26 #include <asm/fcntl.h>
  27 #include <asm/e820/api.h>
  28 #include <asm/mtrr.h>
  29 #include <asm/page.h>
  30 #include <asm/msr.h>
  31 #include <asm/pat.h>
  32 #include <asm/io.h>
  33
  34 #include "pat_internal.h"
  35 #include "mm_internal.h"
  36
  37 #undef pr_fmt
  38 #define pr_fmt(fmt) "" fmt
  39
  40 static bool __read_mostly boot_cpu_done;
  41 static bool __read_mostly pat_disabled = !IS_ENABLED(CONFIG_X86_PAT);
  42 static bool __read_mostly pat_initialized;
  43 static bool __read_mostly init_cm_done;
  44
  45 void pat_disable(const char *reason)
  46 {
  47         if (pat_disabled)
  48                 return;
  49
  50         if (boot_cpu_done) {
  51                 WARN_ONCE(1, "x86/PAT: PAT cannot be disabled after initialization\n");
  52                 return;
  53         }
  54
  55         pat_disabled = true;
  56         pr_info("x86/PAT: %s\n", reason);
  57 }
  58
  59 static int __init nopat(char *str)
  60 {
  61         pat_disable("PAT support disabled.");
  62         return 0;
  63 }
  64 early_param("nopat", nopat);
  65
  66 bool pat_enabled(void)
  67 {
  68         return pat_initialized;
  69 }
  70 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_enabled);
  71
  72 int pat_debug_enable;
  73
  74 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  75 {
  76         pat_debug_enable = 1;
  77         return 0;
  78 }
  79 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  80
  81 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  82 /*
  83  * X86 PAT uses page flags arch_1 and uncached together to keep track of
  84  * memory type of pages that have backing page struct.
  85  *
  86  * X86 PAT supports 4 different memory types:
  87  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WB
  88  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WC
  89  *  - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
  90  *  - _PAGE_CACHE_MODE_WT
  91  *
  92  * _PAGE_CACHE_MODE_WB is the default type.
  93  */
  94
  95 #define _PGMT_WB                0
  96 #define _PGMT_WC                (1UL << PG_arch_1)
  97 #define _PGMT_UC_MINUS          (1UL << PG_uncached)
  98 #define _PGMT_WT                (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
  99 #define _PGMT_MASK              (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
 100 #define _PGMT_CLEAR_MASK        (~_PGMT_MASK)
 101
 102 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
 103 {
 104         unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
 105
 106         if (pg_flags == _PGMT_WB)
 107                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 108         else if (pg_flags == _PGMT_WC)
 109                 return _PAGE_CACHE_MODE_WC;
 110         else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
 111                 return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 112         else
 113                 return _PAGE_CACHE_MODE_WT;
 114 }
 115
 116 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 117                                     enum page_cache_mode memtype)
 118 {
 119         unsigned long memtype_flags;
 120         unsigned long old_flags;
 121         unsigned long new_flags;
 122
 123         switch (memtype) {
 124         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
 125                 memtype_flags = _PGMT_WC;
 126                 break;
 127         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
 128                 memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
 129                 break;
 130         case _PAGE_CACHE_MODE_WT:
 131                 memtype_flags = _PGMT_WT;
 132                 break;
 133         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
 134         default:
 135                 memtype_flags = _PGMT_WB;
 136                 break;
 137         }
 138
 139         do {
 140                 old_flags = pg->flags;
 141                 new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
 142         } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
 143 }
 144 #else
 145 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
 146 {
 147         return -1;
 148 }
 149 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 150                                     enum page_cache_mode memtype)
 151 {
 152 }
 153 #endif
 154
 155 enum {
 156         PAT_UC = 0,             /* uncached */
 157         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
 158         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
 159         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
 160         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
 161         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overridden by MTRR */
 162 };
 163
 164 #define CM(c) (_PAGE_CACHE_MODE_ ## c)
 165
 166 static enum page_cache_mode pat_get_cache_mode(unsigned pat_val, char *msg)
 167 {
 168         enum page_cache_mode cache;
 169         char *cache_mode;
 170
 171         switch (pat_val) {
 172         case PAT_UC:       cache = CM(UC);       cache_mode = "UC  "; break;
 173         case PAT_WC:       cache = CM(WC);       cache_mode = "WC  "; break;
 174         case PAT_WT:       cache = CM(WT);       cache_mode = "WT  "; break;
 175         case PAT_WP:       cache = CM(WP);       cache_mode = "WP  "; break;
 176         case PAT_WB:       cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 177         case PAT_UC_MINUS: cache = CM(UC_MINUS); cache_mode = "UC- "; break;
 178         default:           cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 179         }
 180
 181         memcpy(msg, cache_mode, 4);
 182
 183         return cache;
 184 }
 185
 186 #undef CM
 187
 188 /*
 189  * Update the cache mode to pgprot translation tables according to PAT
 190  * configuration.
 191  * Using lower indices is preferred, so we start with highest index.
 192  */
 193 static void __init_cache_modes(u64 pat)
 194 {
 195         enum page_cache_mode cache;
 196         char pat_msg[33];
 197         int i;
 198
 199         pat_msg[32] = 0;
 200         for (i = 7; i >= 0; i--) {
 201                 cache = pat_get_cache_mode((pat >> (i * 8)) & 7,
 202                                            pat_msg + 4 * i);
 203                 update_cache_mode_entry(i, cache);
 204         }
 205         pr_info("x86/PAT: Configuration [0-7]: %s\n", pat_msg);
 206
 207         init_cm_done = true;
 208 }
 209
 210 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
 211
 212 static void pat_bsp_init(u64 pat)
 213 {
 214         u64 tmp_pat;
 215
 216         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
 217                 pat_disable("PAT not supported by CPU.");
 218                 return;
 219         }
 220
 221         rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, tmp_pat);
 222         if (!tmp_pat) {
 223                 pat_disable("PAT MSR is 0, disabled.");
 224                 return;
 225         }
 226
 227         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 228         pat_initialized = true;
 229
 230         __init_cache_modes(pat);
 231 }
 232
 233 static void pat_ap_init(u64 pat)
 234 {
 235         if (!boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
 236                 /*
 237                  * If this happens we are on a secondary CPU, but switched to
 238                  * PAT on the boot CPU. We have no way to undo PAT.
 239                  */
 240                 panic("x86/PAT: PAT enabled, but not supported by secondary CPU\n");
 241         }
 242
 243         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 244 }
 245
 246 void init_cache_modes(void)
 247 {
 248         u64 pat = 0;
 249
 250         if (init_cm_done)
 251                 return;
 252
 253         if (boot_cpu_has(X86_FEATURE_PAT)) {
 254                 /*
 255                  * CPU supports PAT. Set PAT table to be consistent with
 256                  * PAT MSR. This case supports "nopat" boot option, and
 257                  * virtual machine environments which support PAT without
 258                  * MTRRs. In specific, Xen has unique setup to PAT MSR.
 259                  *
 260                  * If PAT MSR returns 0, it is considered invalid and emulates
 261                  * as No PAT.
 262                  */
 263                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 264         }
 265
 266         if (!pat) {
 267                 /*
 268                  * No PAT. Emulate the PAT table that corresponds to the two
 269                  * cache bits, PWT (Write Through) and PCD (Cache Disable).
 270                  * This setup is also the same as the BIOS default setup.
 271                  *
 272                  * PTE encoding:
 273                  *
 274                  *       PCD
 275                  *       |PWT  PAT
 276                  *       ||    slot
 277                  *       00    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
 278                  *       01    1    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
 279                  *       10    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 280                  *       11    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
 281                  *
 282                  * NOTE: When WC or WP is used, it is redirected to UC- per
 283                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
 284                  */
 285                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WT) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 286                       PAT(4, WB) | PAT(5, WT) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 287         }
 288
 289         __init_cache_modes(pat);
 290 }
 291
 292 /**
 293  * pat_init - Initialize PAT MSR and PAT table
 294  *
 295  * This function initializes PAT MSR and PAT table with an OS-defined value
 296  * to enable additional cache attributes, WC, WT and WP.
 297  *
 298  * This function must be called on all CPUs using the specific sequence of
 299  * operations defined in Intel SDM. mtrr_rendezvous_handler() provides this
 300  * procedure for PAT.
 301  */
 302 void pat_init(void)
 303 {
 304         u64 pat;
 305         struct cpuinfo_x86 *c = &boot_cpu_data;
 306
 307         if (pat_disabled)
 308                 return;
 309
 310         if ((c->x86_vendor == X86_VENDOR_INTEL) &&
 311             (((c->x86 == 0x6) && (c->x86_model <= 0xd)) ||
 312              ((c->x86 == 0xf) && (c->x86_model <= 0x6)))) {
 313                 /*
 314                  * PAT support with the lower four entries. Intel Pentium 2,
 315                  * 3, M, and 4 are affected by PAT errata, which makes the
 316                  * upper four entries unusable. To be on the safe side, we don't
 317                  * use those.
 318                  *
 319                  *  PTE encoding:
 320                  *      PAT
 321                  *      |PCD
 322                  *      ||PWT  PAT
 323                  *      |||    slot
 324                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
 325                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
 326                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 327                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
 328                  * PAT bit unused
 329                  *
 330                  * NOTE: When WT or WP is used, it is redirected to UC- per
 331                  * the default setup in __cachemode2pte_tbl[].
 332                  */
 333                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 334                       PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 335         } else {
 336                 /*
 337                  * Full PAT support.  We put WT in slot 7 to improve
 338                  * robustness in the presence of errata that might cause
 339                  * the high PAT bit to be ignored.  This way, a buggy slot 7
 340                  * access will hit slot 3, and slot 3 is UC, so at worst
 341                  * we lose performance without causing a correctness issue.
 342                  * Pentium 4 erratum N46 is an example for such an erratum,
 343                  * although we try not to use PAT at all on affected CPUs.
 344                  *
 345                  *  PTE encoding:
 346                  *      PAT
 347                  *      |PCD
 348                  *      ||PWT  PAT
 349                  *      |||    slot
 350                  *      000    0    WB : _PAGE_CACHE_MODE_WB
 351                  *      001    1    WC : _PAGE_CACHE_MODE_WC
 352                  *      010    2    UC-: _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 353                  *      011    3    UC : _PAGE_CACHE_MODE_UC
 354                  *      100    4    WB : Reserved
 355                  *      101    5    WP : _PAGE_CACHE_MODE_WP
 356                  *      110    6    UC-: Reserved
 357                  *      111    7    WT : _PAGE_CACHE_MODE_WT
 358                  *
 359                  * The reserved slots are unused, but mapped to their
 360                  * corresponding types in the presence of PAT errata.
 361                  */
 362                 pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 363                       PAT(4, WB) | PAT(5, WP) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, WT);
 364         }
 365
 366         if (!boot_cpu_done) {
 367                 pat_bsp_init(pat);
 368                 boot_cpu_done = true;
 369         } else {
 370                 pat_ap_init(pat);
 371         }
 372 }
 373
 374 #undef PAT
 375
 376 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype accesses */
 377
 378 /*
 379  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 380  * the resulting memory type as PAT understands it.
 381  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 382  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 383  * SDM vol 3a
 384  */
 385 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end,
 386                                      enum page_cache_mode req_type)
 387 {
 388         /*
 389          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 390          * request is for WB.
 391          */
 392         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
 393                 u8 mtrr_type, uniform;
 394
 395                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end, &uniform);
 396                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
 397                         return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 398
 399                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 400         }
 401
 402         return req_type;
 403 }
 404
 405 struct pagerange_state {
 406         unsigned long           cur_pfn;
 407         int                     ram;
 408         int                     not_ram;
 409 };
 410
 411 static int
 412 pagerange_is_ram_callback(unsigned long initial_pfn, unsigned long total_nr_pages, void *arg)
 413 {
 414         struct pagerange_state *state = arg;
 415
 416         state->not_ram  |= initial_pfn > state->cur_pfn;
 417         state->ram      |= total_nr_pages > 0;
 418         state->cur_pfn   = initial_pfn + total_nr_pages;
 419
 420         return state->ram && state->not_ram;
 421 }
 422
 423 static int pat_pagerange_is_ram(resource_size_t start, resource_size_t end)
 424 {
 425         int ret = 0;
 426         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 427         unsigned long end_pfn = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
 428         struct pagerange_state state = {start_pfn, 0, 0};
 429
 430         /*
 431          * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
 432          * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
 433          * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
 434          * some of those portions are listed(or not even listed) with
 435          * different e820 types(RAM/reserved/..)
 436          */
 437         if (start_pfn < ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT)
 438                 start_pfn = ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT;
 439
 440         if (start_pfn < end_pfn) {
 441                 ret = walk_system_ram_range(start_pfn, end_pfn - start_pfn,
 442                                 &state, pagerange_is_ram_callback);
 443         }
 444
 445         return (ret > 0) ? -1 : (state.ram ? 1 : 0);
 446 }
 447
 448 /*
 449  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
 450  * The page flags are limited to four types, WB (default), WC, WT and UC-.
 451  * WP request fails with -EINVAL, and UC gets redirected to UC-.  Setting
 452  * a new memory type is only allowed for a page mapped with the default WB
 453  * type.
 454  *
 455  * Here we do two passes:
 456  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts.
 457  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range.
 458  */
 459 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end,
 460                                   enum page_cache_mode req_type,
 461                                   enum page_cache_mode *new_type)
 462 {
 463         struct page *page;
 464         u64 pfn;
 465
 466         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WP) {
 467                 if (new_type)
 468                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 469                 return -EINVAL;
 470         }
 471
 472         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_UC) {
 473                 /* We do not support strong UC */
 474                 WARN_ON_ONCE(1);
 475                 req_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 476         }
 477
 478         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 479                 enum page_cache_mode type;
 480
 481                 page = pfn_to_page(pfn);
 482                 type = get_page_memtype(page);
 483                 if (type != _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
 484                         pr_info("x86/PAT: reserve_ram_pages_type failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track 0x%x, req 0x%x\n",
 485                                 start, end - 1, type, req_type);
 486                         if (new_type)
 487                                 *new_type = type;
 488
 489                         return -EBUSY;
 490                 }
 491         }
 492
 493         if (new_type)
 494                 *new_type = req_type;
 495
 496         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 497                 page = pfn_to_page(pfn);
 498                 set_page_memtype(page, req_type);
 499         }
 500         return 0;
 501 }
 502
 503 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
 504 {
 505         struct page *page;
 506         u64 pfn;
 507
 508         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 509                 page = pfn_to_page(pfn);
 510                 set_page_memtype(page, _PAGE_CACHE_MODE_WB);
 511         }
 512         return 0;
 513 }
 514
 515 static u64 sanitize_phys(u64 address)
 516 {
 517         /*
 518          * When changing the memtype for pages containing poison allow
 519          * for a "decoy" virtual address (bit 63 clear) passed to
 520          * set_memory_X(). __pa() on a "decoy" address results in a
 521          * physical address with bit 63 set.
 522          */
 523         return address & __PHYSICAL_MASK;
 524 }
 525
 526 /*
 527  * req_type typically has one of the:
 528  * - _PAGE_CACHE_MODE_WB
 529  * - _PAGE_CACHE_MODE_WC
 530  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 531  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC
 532  * - _PAGE_CACHE_MODE_WT
 533  *
 534  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 535  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
 536  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
 537  * it will return a negative return value.
 538  */
 539 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, enum page_cache_mode req_type,
 540                     enum page_cache_mode *new_type)
 541 {
 542         struct memtype *new;
 543         enum page_cache_mode actual_type;
 544         int is_range_ram;
 545         int err = 0;
 546
 547         start = sanitize_phys(start);
 548         end = sanitize_phys(end);
 549         BUG_ON(start >= end); /* end is exclusive */
 550
 551         if (!pat_enabled()) {
 552                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 553                 if (new_type)
 554                         *new_type = req_type;
 555                 return 0;
 556         }
 557
 558         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 559         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
 560                 if (new_type)
 561                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 562                 return 0;
 563         }
 564
 565         /*
 566          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 567          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 568          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 569          * UC_MINUS otherwise.
 570          */
 571         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type);
 572
 573         if (new_type)
 574                 *new_type = actual_type;
 575
 576         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 577         if (is_range_ram == 1) {
 578
 579                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
 580
 581                 return err;
 582         } else if (is_range_ram < 0) {
 583                 return -EINVAL;
 584         }
 585
 586         new  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 587         if (!new)
 588                 return -ENOMEM;
 589
 590         new->start      = start;
 591         new->end        = end;
 592         new->type       = actual_type;
 593
 594         spin_lock(&memtype_lock);
 595
 596         err = rbt_memtype_check_insert(new, new_type);
 597         if (err) {
 598                 pr_info("x86/PAT: reserve_memtype failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s\n",
 599                         start, end - 1,
 600                         cattr_name(new->type), cattr_name(req_type));
 601                 kfree(new);
 602                 spin_unlock(&memtype_lock);
 603
 604                 return err;
 605         }
 606
 607         spin_unlock(&memtype_lock);
 608
 609         dprintk("reserve_memtype added [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s, ret %s\n",
 610                 start, end - 1, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type),
 611                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
 612
 613         return err;
 614 }
 615
 616 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 617 {
 618         int err = -EINVAL;
 619         int is_range_ram;
 620         struct memtype *entry;
 621
 622         if (!pat_enabled())
 623                 return 0;
 624
 625         start = sanitize_phys(start);
 626         end = sanitize_phys(end);
 627
 628         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 629         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
 630                 return 0;
 631
 632         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 633         if (is_range_ram == 1) {
 634
 635                 err = free_ram_pages_type(start, end);
 636
 637                 return err;
 638         } else if (is_range_ram < 0) {
 639                 return -EINVAL;
 640         }
 641
 642         spin_lock(&memtype_lock);
 643         entry = rbt_memtype_erase(start, end);
 644         spin_unlock(&memtype_lock);
 645
 646         if (IS_ERR(entry)) {
 647                 pr_info("x86/PAT: %s:%d freeing invalid memtype [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 648                         current->comm, current->pid, start, end - 1);
 649                 return -EINVAL;
 650         }
 651
 652         kfree(entry);
 653
 654         dprintk("free_memtype request [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", start, end - 1);
 655
 656         return 0;
 657 }
 658
 659
 660 /**
 661  * lookup_memtype - Looksup the memory type for a physical address
 662  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
 663  *
 664  * Only to be called when PAT is enabled
 665  *
 666  * Returns _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC, _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 667  * or _PAGE_CACHE_MODE_WT.
 668  */
 669 static enum page_cache_mode lookup_memtype(u64 paddr)
 670 {
 671         enum page_cache_mode rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 672         struct memtype *entry;
 673
 674         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
 675                 return rettype;
 676
 677         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
 678                 struct page *page;
 679
 680                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
 681                 return get_page_memtype(page);
 682         }
 683
 684         spin_lock(&memtype_lock);
 685
 686         entry = rbt_memtype_lookup(paddr);
 687         if (entry != NULL)
 688                 rettype = entry->type;
 689         else
 690                 rettype = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 691
 692         spin_unlock(&memtype_lock);
 693         return rettype;
 694 }
 695
 696 /**
 697  * pat_pfn_immune_to_uc_mtrr - Check whether the PAT memory type
 698  * of @pfn cannot be overridden by UC MTRR memory type.
 699  *
 700  * Only to be called when PAT is enabled.
 701  *
 702  * Returns true, if the PAT memory type of @pfn is UC, UC-, or WC.
 703  * Returns false in other cases.
 704  */
 705 bool pat_pfn_immune_to_uc_mtrr(unsigned long pfn)
 706 {
 707         enum page_cache_mode cm = lookup_memtype(PFN_PHYS(pfn));
 708
 709         return cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC ||
 710                cm == _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS ||
 711                cm == _PAGE_CACHE_MODE_WC;
 712 }
 713 EXPORT_SYMBOL_GPL(pat_pfn_immune_to_uc_mtrr);
 714
 715 /**
 716  * io_reserve_memtype - Request a memory type mapping for a region of memory
 717  * @start: start (physical address) of the region
 718  * @end: end (physical address) of the region
 719  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
 720  * or any other compatible type that was available for the region is returned
 721  *
 722  * On success, returns 0
 723  * On failure, returns non-zero
 724  */
 725 int io_reserve_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end,
 726                         enum page_cache_mode *type)
 727 {
 728         resource_size_t size = end - start;
 729         enum page_cache_mode req_type = *type;
 730         enum page_cache_mode new_type;
 731         int ret;
 732
 733         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
 734
 735         ret = reserve_memtype(start, end, req_type, &new_type);
 736         if (ret)
 737                 goto out_err;
 738
 739         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
 740                 goto out_free;
 741
 742         if (kernel_map_sync_memtype(start, size, new_type) < 0)
 743                 goto out_free;
 744
 745         *type = new_type;
 746         return 0;
 747
 748 out_free:
 749         free_memtype(start, end);
 750         ret = -EBUSY;
 751 out_err:
 752         return ret;
 753 }
 754
 755 /**
 756  * io_free_memtype - Release a memory type mapping for a region of memory
 757  * @start: start (physical address) of the region
 758  * @end: end (physical address) of the region
 759  */
 760 void io_free_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end)
 761 {
 762         free_memtype(start, end);
 763 }
 764
 765 int arch_io_reserve_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
 766 {
 767         enum page_cache_mode type = _PAGE_CACHE_MODE_WC;
 768
 769         return io_reserve_memtype(start, start + size, &type);
 770 }
 771 EXPORT_SYMBOL(arch_io_reserve_memtype_wc);
 772
 773 void arch_io_free_memtype_wc(resource_size_t start, resource_size_t size)
 774 {
 775         io_free_memtype(start, start + size);
 776 }
 777 EXPORT_SYMBOL(arch_io_free_memtype_wc);
 778
 779 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 780                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 781 {
 782         if (!phys_mem_access_encrypted(pfn << PAGE_SHIFT, size))
 783                 vma_prot = pgprot_decrypted(vma_prot);
 784
 785         return vma_prot;
 786 }
 787
 788 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 789 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM */
 790 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 791 {
 792         return 1;
 793 }
 794 #else
 795 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
 796 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 797 {
 798         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 799         u64 to = from + size;
 800         u64 cursor = from;
 801
 802         if (!pat_enabled())
 803                 return 1;
 804
 805         while (cursor < to) {
 806                 if (!devmem_is_allowed(pfn))
 807                         return 0;
 808                 cursor += PAGE_SIZE;
 809                 pfn++;
 810         }
 811         return 1;
 812 }
 813 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
 814
 815 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 816                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 817 {
 818         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 819
 820         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 821                 return 0;
 822
 823         if (file->f_flags & O_DSYNC)
 824                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 825
 826         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 827                              cachemode2protval(pcm));
 828         return 1;
 829 }
 830
 831 /*
 832  * Change the memory type for the physial address range in kernel identity
 833  * mapping space if that range is a part of identity map.
 834  */
 835 int kernel_map_sync_memtype(u64 base, unsigned long size,
 836                             enum page_cache_mode pcm)
 837 {
 838         unsigned long id_sz;
 839
 840         if (base > __pa(high_memory-1))
 841                 return 0;
 842
 843         /*
 844          * some areas in the middle of the kernel identity range
 845          * are not mapped, like the PCI space.
 846          */
 847         if (!page_is_ram(base >> PAGE_SHIFT))
 848                 return 0;
 849
 850         id_sz = (__pa(high_memory-1) <= base + size) ?
 851                                 __pa(high_memory) - base :
 852                                 size;
 853
 854         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, pcm) < 0) {
 855                 pr_info("x86/PAT: %s:%d ioremap_change_attr failed %s for [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 856                         current->comm, current->pid,
 857                         cattr_name(pcm),
 858                         base, (unsigned long long)(base + size-1));
 859                 return -EINVAL;
 860         }
 861         return 0;
 862 }
 863
 864 /*
 865  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
 866  * Reserved non RAM regions only and after successful reserve_memtype,
 867  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
 868  */
 869 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
 870                                 int strict_prot)
 871 {
 872         int is_ram = 0;
 873         int ret;
 874         enum page_cache_mode want_pcm = pgprot2cachemode(*vma_prot);
 875         enum page_cache_mode pcm = want_pcm;
 876
 877         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 878
 879         /*
 880          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
 881          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
 882          * the type requested matches the type of first page in the range.
 883          */
 884         if (is_ram) {
 885                 if (!pat_enabled())
 886                         return 0;
 887
 888                 pcm = lookup_memtype(paddr);
 889                 if (want_pcm != pcm) {
 890                         pr_warn("x86/PAT: %s:%d map pfn RAM range req %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 891                                 current->comm, current->pid,
 892                                 cattr_name(want_pcm),
 893                                 (unsigned long long)paddr,
 894                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 895                                 cattr_name(pcm));
 896                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 897                                              (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 898                                              cachemode2protval(pcm));
 899                 }
 900                 return 0;
 901         }
 902
 903         ret = reserve_memtype(paddr, paddr + size, want_pcm, &pcm);
 904         if (ret)
 905                 return ret;
 906
 907         if (pcm != want_pcm) {
 908                 if (strict_prot ||
 909                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_pcm, pcm)) {
 910                         free_memtype(paddr, paddr + size);
 911                         pr_err("x86/PAT: %s:%d map pfn expected mapping type %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 912                                current->comm, current->pid,
 913                                cattr_name(want_pcm),
 914                                (unsigned long long)paddr,
 915                                (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 916                                cattr_name(pcm));
 917                         return -EINVAL;
 918                 }
 919                 /*
 920                  * We allow returning different type than the one requested in
 921                  * non strict case.
 922                  */
 923                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 924                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 925                                      cachemode2protval(pcm));
 926         }
 927
 928         if (kernel_map_sync_memtype(paddr, size, pcm) < 0) {
 929                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 930                 return -EINVAL;
 931         }
 932         return 0;
 933 }
 934
 935 /*
 936  * Internal interface to free a range of physical memory.
 937  * Frees non RAM regions only.
 938  */
 939 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
 940 {
 941         int is_ram;
 942
 943         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 944         if (is_ram == 0)
 945                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 946 }
 947
 948 /*
 949  * track_pfn_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
 950  * copied through copy_page_range().
 951  *
 952  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
 953  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
 954  */
 955 int track_pfn_copy(struct vm_area_struct *vma)
 956 {
 957         resource_size_t paddr;
 958         unsigned long prot;
 959         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 960         pgprot_t pgprot;
 961
 962         if (vma->vm_flags & VM_PAT) {
 963                 /*
 964                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
 965                  * starting address and protection from pte.
 966                  */
 967                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 968                         WARN_ON_ONCE(1);
 969                         return -EINVAL;
 970                 }
 971                 pgprot = __pgprot(prot);
 972                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
 973         }
 974
 975         return 0;
 976 }
 977
 978 /*
 979  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has
 980  * a linear pfn mapping for the entire range, or no vma is provided,
 981  * reserve the entire pfn + size range with single reserve_pfn_range
 982  * call.
 983  */
 984 int track_pfn_remap(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 985                     unsigned long pfn, unsigned long addr, unsigned long size)
 986 {
 987         resource_size_t paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 988         enum page_cache_mode pcm;
 989
 990         /* reserve the whole chunk starting from paddr */
 991         if (!vma || (addr == vma->vm_start
 992                                 && size == (vma->vm_end - vma->vm_start))) {
 993                 int ret;
 994
 995                 ret = reserve_pfn_range(paddr, size, prot, 0);
 996                 if (ret == 0 && vma)
 997                         vma->vm_flags |= VM_PAT;
 998                 return ret;
 999         }
1000
1001         if (!pat_enabled())
1002                 return 0;
1003
1004         /*
1005          * For anything smaller than the vma size we set prot based on the
1006          * lookup.
1007          */
1008         pcm = lookup_memtype(paddr);
1009
1010         /* Check memtype for the remaining pages */
1011         while (size > PAGE_SIZE) {
1012                 size -= PAGE_SIZE;
1013                 paddr += PAGE_SIZE;
1014                 if (pcm != lookup_memtype(paddr))
1015                         return -EINVAL;
1016         }
1017
1018         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1019                          cachemode2protval(pcm));
1020
1021         return 0;
1022 }
1023
1024 void track_pfn_insert(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot, pfn_t pfn)
1025 {
1026         enum page_cache_mode pcm;
1027
1028         if (!pat_enabled())
1029                 return;
1030
1031         /* Set prot based on lookup */
1032         pcm = lookup_memtype(pfn_t_to_phys(pfn));
1033         *prot = __pgprot((pgprot_val(*prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
1034                          cachemode2protval(pcm));
1035 }
1036
1037 /*
1038  * untrack_pfn is called while unmapping a pfnmap for a region.
1039  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
1040  * can be for the entire vma (in which case pfn, size are zero).
1041  */
1042 void untrack_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
1043                  unsigned long size)
1044 {
1045         resource_size_t paddr;
1046         unsigned long prot;
1047
1048         if (vma && !(vma->vm_flags & VM_PAT))
1049                 return;
1050
1051         /* free the chunk starting from pfn or the whole chunk */
1052         paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
1053         if (!paddr && !size) {
1054                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
1055                         WARN_ON_ONCE(1);
1056                         return;
1057                 }
1058
1059                 size = vma->vm_end - vma->vm_start;
1060         }
1061         free_pfn_range(paddr, size);
1062         if (vma)
1063                 vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1064 }
1065
1066 /*
1067  * untrack_pfn_moved is called, while mremapping a pfnmap for a new region,
1068  * with the old vma after its pfnmap page table has been removed.  The new
1069  * vma has a new pfnmap to the same pfn & cache type with VM_PAT set.
1070  */
1071 void untrack_pfn_moved(struct vm_area_struct *vma)
1072 {
1073         vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
1074 }
1075
1076 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
1077 {
1078         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1079                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
1080 }
1081 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
1082
1083 pgprot_t pgprot_writethrough(pgprot_t prot)
1084 {
1085         return __pgprot(pgprot_val(prot) |
1086                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WT));
1087 }
1088 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writethrough);
1089
1090 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
1091
1092 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
1093 {
1094         struct memtype *print_entry;
1095         int ret;
1096
1097         print_entry  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
1098         if (!print_entry)
1099                 return NULL;
1100
1101         spin_lock(&memtype_lock);
1102         ret = rbt_memtype_copy_nth_element(print_entry, pos);
1103         spin_unlock(&memtype_lock);
1104
1105         if (!ret) {
1106                 return print_entry;
1107         } else {
1108                 kfree(print_entry);
1109                 return NULL;
1110         }
1111 }
1112
1113 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
1114 {
1115         if (*pos == 0) {
1116                 ++*pos;
1117                 seq_puts(seq, "PAT memtype list:\n");
1118         }
1119
1120         return memtype_get_idx(*pos);
1121 }
1122
1123 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
1124 {
1125         ++*pos;
1126         return memtype_get_idx(*pos);
1127 }
1128
1129 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
1130 {
1131 }
1132
1133 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
1134 {
1135         struct memtype *print_entry = (struct memtype *)v;
1136
1137         seq_printf(seq, "%s @ 0x%Lx-0x%Lx\n", cattr_name(print_entry->type),
1138                         print_entry->start, print_entry->end);
1139         kfree(print_entry);
1140
1141         return 0;
1142 }
1143
1144 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
1145         .start = memtype_seq_start,
1146         .next  = memtype_seq_next,
1147         .stop  = memtype_seq_stop,
1148         .show  = memtype_seq_show,
1149 };
1150
1151 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
1152 {
1153         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
1154 }
1155
1156 static const struct file_operations memtype_fops = {
1157         .open    = memtype_seq_open,
1158         .read    = seq_read,
1159         .llseek  = seq_lseek,
1160         .release = seq_release,
1161 };
1162
1163 static int __init pat_memtype_list_init(void)
1164 {
1165         if (pat_enabled()) {
1166                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
1167                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
1168         }
1169         return 0;
1170 }
1171
1172 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1173
1174 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */