drivers/iommu/iova.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  * Copyright © 2006-2009, Intel Corporation.
   4  *
   5  * Author: Anil S Keshavamurthy <anil.s.keshavamurthy@intel.com>
   6  */
   7
   8 #include <linux/iova.h>
   9 #include <linux/module.h>
  10 #include <linux/slab.h>
  11 #include <linux/smp.h>
  12 #include <linux/bitops.h>
  13 #include <linux/cpu.h>
  14
  15 /* The anchor node sits above the top of the usable address space */
  16 #define IOVA_ANCHOR     ~0UL
  17
  18 static bool iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad,
  19                                unsigned long pfn,
  20                                unsigned long size);
  21 static unsigned long iova_rcache_get(struct iova_domain *iovad,
  22                                      unsigned long size,
  23                                      unsigned long limit_pfn);
  24 static void init_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad);
  25 static void free_cpu_cached_iovas(unsigned int cpu, struct iova_domain *iovad);
  26 static void free_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad);
  27
  28 static int iova_cpuhp_dead(unsigned int cpu, struct hlist_node *node)
  29 {
  30         struct iova_domain *iovad;
  31
  32         iovad = hlist_entry_safe(node, struct iova_domain, cpuhp_dead);
  33
  34         free_cpu_cached_iovas(cpu, iovad);
  35         return 0;
  36 }
  37
  38 static void free_global_cached_iovas(struct iova_domain *iovad);
  39
  40 static struct iova *to_iova(struct rb_node *node)
  41 {
  42         return rb_entry(node, struct iova, node);
  43 }
  44
  45 void
  46 init_iova_domain(struct iova_domain *iovad, unsigned long granule,
  47         unsigned long start_pfn)
  48 {
  49         /*
  50          * IOVA granularity will normally be equal to the smallest
  51          * supported IOMMU page size; both *must* be capable of
  52          * representing individual CPU pages exactly.
  53          */
  54         BUG_ON((granule > PAGE_SIZE) || !is_power_of_2(granule));
  55
  56         spin_lock_init(&iovad->iova_rbtree_lock);
  57         iovad->rbroot = RB_ROOT;
  58         iovad->cached_node = &iovad->anchor.node;
  59         iovad->cached32_node = &iovad->anchor.node;
  60         iovad->granule = granule;
  61         iovad->start_pfn = start_pfn;
  62         iovad->dma_32bit_pfn = 1UL << (32 - iova_shift(iovad));
  63         iovad->max32_alloc_size = iovad->dma_32bit_pfn;
  64         iovad->anchor.pfn_lo = iovad->anchor.pfn_hi = IOVA_ANCHOR;
  65         rb_link_node(&iovad->anchor.node, NULL, &iovad->rbroot.rb_node);
  66         rb_insert_color(&iovad->anchor.node, &iovad->rbroot);
  67         cpuhp_state_add_instance_nocalls(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD, &iovad->cpuhp_dead);
  68         init_iova_rcaches(iovad);
  69 }
  70 EXPORT_SYMBOL_GPL(init_iova_domain);
  71
  72 static struct rb_node *
  73 __get_cached_rbnode(struct iova_domain *iovad, unsigned long limit_pfn)
  74 {
  75         if (limit_pfn <= iovad->dma_32bit_pfn)
  76                 return iovad->cached32_node;
  77
  78         return iovad->cached_node;
  79 }
  80
  81 static void
  82 __cached_rbnode_insert_update(struct iova_domain *iovad, struct iova *new)
  83 {
  84         if (new->pfn_hi < iovad->dma_32bit_pfn)
  85                 iovad->cached32_node = &new->node;
  86         else
  87                 iovad->cached_node = &new->node;
  88 }
  89
  90 static void
  91 __cached_rbnode_delete_update(struct iova_domain *iovad, struct iova *free)
  92 {
  93         struct iova *cached_iova;
  94
  95         cached_iova = to_iova(iovad->cached32_node);
  96         if (free == cached_iova ||
  97             (free->pfn_hi < iovad->dma_32bit_pfn &&
  98              free->pfn_lo >= cached_iova->pfn_lo)) {
  99                 iovad->cached32_node = rb_next(&free->node);
 100                 iovad->max32_alloc_size = iovad->dma_32bit_pfn;
 101         }
 102
 103         cached_iova = to_iova(iovad->cached_node);
 104         if (free->pfn_lo >= cached_iova->pfn_lo)
 105                 iovad->cached_node = rb_next(&free->node);
 106 }
 107
 108 static struct rb_node *iova_find_limit(struct iova_domain *iovad, unsigned long limit_pfn)
 109 {
 110         struct rb_node *node, *next;
 111         /*
 112          * Ideally what we'd like to judge here is whether limit_pfn is close
 113          * enough to the highest-allocated IOVA that starting the allocation
 114          * walk from the anchor node will be quicker than this initial work to
 115          * find an exact starting point (especially if that ends up being the
 116          * anchor node anyway). This is an incredibly crude approximation which
 117          * only really helps the most likely case, but is at least trivially easy.
 118          */
 119         if (limit_pfn > iovad->dma_32bit_pfn)
 120                 return &iovad->anchor.node;
 121
 122         node = iovad->rbroot.rb_node;
 123         while (to_iova(node)->pfn_hi < limit_pfn)
 124                 node = node->rb_right;
 125
 126 search_left:
 127         while (node->rb_left && to_iova(node->rb_left)->pfn_lo >= limit_pfn)
 128                 node = node->rb_left;
 129
 130         if (!node->rb_left)
 131                 return node;
 132
 133         next = node->rb_left;
 134         while (next->rb_right) {
 135                 next = next->rb_right;
 136                 if (to_iova(next)->pfn_lo >= limit_pfn) {
 137                         node = next;
 138                         goto search_left;
 139                 }
 140         }
 141
 142         return node;
 143 }
 144
 145 /* Insert the iova into domain rbtree by holding writer lock */
 146 static void
 147 iova_insert_rbtree(struct rb_root *root, struct iova *iova,
 148                    struct rb_node *start)
 149 {
 150         struct rb_node **new, *parent = NULL;
 151
 152         new = (start) ? &start : &(root->rb_node);
 153         /* Figure out where to put new node */
 154         while (*new) {
 155                 struct iova *this = to_iova(*new);
 156
 157                 parent = *new;
 158
 159                 if (iova->pfn_lo < this->pfn_lo)
 160                         new = &((*new)->rb_left);
 161                 else if (iova->pfn_lo > this->pfn_lo)
 162                         new = &((*new)->rb_right);
 163                 else {
 164                         WARN_ON(1); /* this should not happen */
 165                         return;
 166                 }
 167         }
 168         /* Add new node and rebalance tree. */
 169         rb_link_node(&iova->node, parent, new);
 170         rb_insert_color(&iova->node, root);
 171 }
 172
 173 static int __alloc_and_insert_iova_range(struct iova_domain *iovad,
 174                 unsigned long size, unsigned long limit_pfn,
 175                         struct iova *new, bool size_aligned)
 176 {
 177         struct rb_node *curr, *prev;
 178         struct iova *curr_iova;
 179         unsigned long flags;
 180         unsigned long new_pfn, retry_pfn;
 181         unsigned long align_mask = ~0UL;
 182         unsigned long high_pfn = limit_pfn, low_pfn = iovad->start_pfn;
 183
 184         if (size_aligned)
 185                 align_mask <<= fls_long(size - 1);
 186
 187         /* Walk the tree backwards */
 188         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 189         if (limit_pfn <= iovad->dma_32bit_pfn &&
 190                         size >= iovad->max32_alloc_size)
 191                 goto iova32_full;
 192
 193         curr = __get_cached_rbnode(iovad, limit_pfn);
 194         curr_iova = to_iova(curr);
 195         retry_pfn = curr_iova->pfn_hi + 1;
 196
 197 retry:
 198         do {
 199                 high_pfn = min(high_pfn, curr_iova->pfn_lo);
 200                 new_pfn = (high_pfn - size) & align_mask;
 201                 prev = curr;
 202                 curr = rb_prev(curr);
 203                 curr_iova = to_iova(curr);
 204         } while (curr && new_pfn <= curr_iova->pfn_hi && new_pfn >= low_pfn);
 205
 206         if (high_pfn < size || new_pfn < low_pfn) {
 207                 if (low_pfn == iovad->start_pfn && retry_pfn < limit_pfn) {
 208                         high_pfn = limit_pfn;
 209                         low_pfn = retry_pfn;
 210                         curr = iova_find_limit(iovad, limit_pfn);
 211                         curr_iova = to_iova(curr);
 212                         goto retry;
 213                 }
 214                 iovad->max32_alloc_size = size;
 215                 goto iova32_full;
 216         }
 217
 218         /* pfn_lo will point to size aligned address if size_aligned is set */
 219         new->pfn_lo = new_pfn;
 220         new->pfn_hi = new->pfn_lo + size - 1;
 221
 222         /* If we have 'prev', it's a valid place to start the insertion. */
 223         iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, new, prev);
 224         __cached_rbnode_insert_update(iovad, new);
 225
 226         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 227         return 0;
 228
 229 iova32_full:
 230         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 231         return -ENOMEM;
 232 }
 233
 234 static struct kmem_cache *iova_cache;
 235 static unsigned int iova_cache_users;
 236 static DEFINE_MUTEX(iova_cache_mutex);
 237
 238 static struct iova *alloc_iova_mem(void)
 239 {
 240         return kmem_cache_zalloc(iova_cache, GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN);
 241 }
 242
 243 static void free_iova_mem(struct iova *iova)
 244 {
 245         if (iova->pfn_lo != IOVA_ANCHOR)
 246                 kmem_cache_free(iova_cache, iova);
 247 }
 248
 249 int iova_cache_get(void)
 250 {
 251         mutex_lock(&iova_cache_mutex);
 252         if (!iova_cache_users) {
 253                 int ret;
 254
 255                 ret = cpuhp_setup_state_multi(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD, "iommu/iova:dead", NULL,
 256                                         iova_cpuhp_dead);
 257                 if (ret) {
 258                         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 259                         pr_err("Couldn't register cpuhp handler\n");
 260                         return ret;
 261                 }
 262
 263                 iova_cache = kmem_cache_create(
 264                         "iommu_iova", sizeof(struct iova), 0,
 265                         SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL);
 266                 if (!iova_cache) {
 267                         cpuhp_remove_multi_state(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD);
 268                         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 269                         pr_err("Couldn't create iova cache\n");
 270                         return -ENOMEM;
 271                 }
 272         }
 273
 274         iova_cache_users++;
 275         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 276
 277         return 0;
 278 }
 279 EXPORT_SYMBOL_GPL(iova_cache_get);
 280
 281 void iova_cache_put(void)
 282 {
 283         mutex_lock(&iova_cache_mutex);
 284         if (WARN_ON(!iova_cache_users)) {
 285                 mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 286                 return;
 287         }
 288         iova_cache_users--;
 289         if (!iova_cache_users) {
 290                 cpuhp_remove_multi_state(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD);
 291                 kmem_cache_destroy(iova_cache);
 292         }
 293         mutex_unlock(&iova_cache_mutex);
 294 }
 295 EXPORT_SYMBOL_GPL(iova_cache_put);
 296
 297 /**
 298  * alloc_iova - allocates an iova
 299  * @iovad: - iova domain in question
 300  * @size: - size of page frames to allocate
 301  * @limit_pfn: - max limit address
 302  * @size_aligned: - set if size_aligned address range is required
 303  * This function allocates an iova in the range iovad->start_pfn to limit_pfn,
 304  * searching top-down from limit_pfn to iovad->start_pfn. If the size_aligned
 305  * flag is set then the allocated address iova->pfn_lo will be naturally
 306  * aligned on roundup_power_of_two(size).
 307  */
 308 struct iova *
 309 alloc_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long size,
 310         unsigned long limit_pfn,
 311         bool size_aligned)
 312 {
 313         struct iova *new_iova;
 314         int ret;
 315
 316         new_iova = alloc_iova_mem();
 317         if (!new_iova)
 318                 return NULL;
 319
 320         ret = __alloc_and_insert_iova_range(iovad, size, limit_pfn + 1,
 321                         new_iova, size_aligned);
 322
 323         if (ret) {
 324                 free_iova_mem(new_iova);
 325                 return NULL;
 326         }
 327
 328         return new_iova;
 329 }
 330 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_iova);
 331
 332 static struct iova *
 333 private_find_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 334 {
 335         struct rb_node *node = iovad->rbroot.rb_node;
 336
 337         assert_spin_locked(&iovad->iova_rbtree_lock);
 338
 339         while (node) {
 340                 struct iova *iova = to_iova(node);
 341
 342                 if (pfn < iova->pfn_lo)
 343                         node = node->rb_left;
 344                 else if (pfn > iova->pfn_hi)
 345                         node = node->rb_right;
 346                 else
 347                         return iova;    /* pfn falls within iova's range */
 348         }
 349
 350         return NULL;
 351 }
 352
 353 static void remove_iova(struct iova_domain *iovad, struct iova *iova)
 354 {
 355         assert_spin_locked(&iovad->iova_rbtree_lock);
 356         __cached_rbnode_delete_update(iovad, iova);
 357         rb_erase(&iova->node, &iovad->rbroot);
 358 }
 359
 360 /**
 361  * find_iova - finds an iova for a given pfn
 362  * @iovad: - iova domain in question.
 363  * @pfn: - page frame number
 364  * This function finds and returns an iova belonging to the
 365  * given domain which matches the given pfn.
 366  */
 367 struct iova *find_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 368 {
 369         unsigned long flags;
 370         struct iova *iova;
 371
 372         /* Take the lock so that no other thread is manipulating the rbtree */
 373         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 374         iova = private_find_iova(iovad, pfn);
 375         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 376         return iova;
 377 }
 378 EXPORT_SYMBOL_GPL(find_iova);
 379
 380 /**
 381  * __free_iova - frees the given iova
 382  * @iovad: iova domain in question.
 383  * @iova: iova in question.
 384  * Frees the given iova belonging to the giving domain
 385  */
 386 void
 387 __free_iova(struct iova_domain *iovad, struct iova *iova)
 388 {
 389         unsigned long flags;
 390
 391         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 392         remove_iova(iovad, iova);
 393         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 394         free_iova_mem(iova);
 395 }
 396 EXPORT_SYMBOL_GPL(__free_iova);
 397
 398 /**
 399  * free_iova - finds and frees the iova for a given pfn
 400  * @iovad: - iova domain in question.
 401  * @pfn: - pfn that is allocated previously
 402  * This functions finds an iova for a given pfn and then
 403  * frees the iova from that domain.
 404  */
 405 void
 406 free_iova(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn)
 407 {
 408         unsigned long flags;
 409         struct iova *iova;
 410
 411         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 412         iova = private_find_iova(iovad, pfn);
 413         if (!iova) {
 414                 spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 415                 return;
 416         }
 417         remove_iova(iovad, iova);
 418         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 419         free_iova_mem(iova);
 420 }
 421 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_iova);
 422
 423 /**
 424  * alloc_iova_fast - allocates an iova from rcache
 425  * @iovad: - iova domain in question
 426  * @size: - size of page frames to allocate
 427  * @limit_pfn: - max limit address
 428  * @flush_rcache: - set to flush rcache on regular allocation failure
 429  * This function tries to satisfy an iova allocation from the rcache,
 430  * and falls back to regular allocation on failure. If regular allocation
 431  * fails too and the flush_rcache flag is set then the rcache will be flushed.
 432 */
 433 unsigned long
 434 alloc_iova_fast(struct iova_domain *iovad, unsigned long size,
 435                 unsigned long limit_pfn, bool flush_rcache)
 436 {
 437         unsigned long iova_pfn;
 438         struct iova *new_iova;
 439
 440         /*
 441          * Freeing non-power-of-two-sized allocations back into the IOVA caches
 442          * will come back to bite us badly, so we have to waste a bit of space
 443          * rounding up anything cacheable to make sure that can't happen. The
 444          * order of the unadjusted size will still match upon freeing.
 445          */
 446         if (size < (1 << (IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE - 1)))
 447                 size = roundup_pow_of_two(size);
 448
 449         iova_pfn = iova_rcache_get(iovad, size, limit_pfn + 1);
 450         if (iova_pfn)
 451                 return iova_pfn;
 452
 453 retry:
 454         new_iova = alloc_iova(iovad, size, limit_pfn, true);
 455         if (!new_iova) {
 456                 unsigned int cpu;
 457
 458                 if (!flush_rcache)
 459                         return 0;
 460
 461                 /* Try replenishing IOVAs by flushing rcache. */
 462                 flush_rcache = false;
 463                 for_each_online_cpu(cpu)
 464                         free_cpu_cached_iovas(cpu, iovad);
 465                 free_global_cached_iovas(iovad);
 466                 goto retry;
 467         }
 468
 469         return new_iova->pfn_lo;
 470 }
 471 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_iova_fast);
 472
 473 /**
 474  * free_iova_fast - free iova pfn range into rcache
 475  * @iovad: - iova domain in question.
 476  * @pfn: - pfn that is allocated previously
 477  * @size: - # of pages in range
 478  * This functions frees an iova range by trying to put it into the rcache,
 479  * falling back to regular iova deallocation via free_iova() if this fails.
 480  */
 481 void
 482 free_iova_fast(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn, unsigned long size)
 483 {
 484         if (iova_rcache_insert(iovad, pfn, size))
 485                 return;
 486
 487         free_iova(iovad, pfn);
 488 }
 489 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_iova_fast);
 490
 491 /**
 492  * put_iova_domain - destroys the iova domain
 493  * @iovad: - iova domain in question.
 494  * All the iova's in that domain are destroyed.
 495  */
 496 void put_iova_domain(struct iova_domain *iovad)
 497 {
 498         struct iova *iova, *tmp;
 499
 500         cpuhp_state_remove_instance_nocalls(CPUHP_IOMMU_IOVA_DEAD,
 501                                             &iovad->cpuhp_dead);
 502         free_iova_rcaches(iovad);
 503         rbtree_postorder_for_each_entry_safe(iova, tmp, &iovad->rbroot, node)
 504                 free_iova_mem(iova);
 505 }
 506 EXPORT_SYMBOL_GPL(put_iova_domain);
 507
 508 static int
 509 __is_range_overlap(struct rb_node *node,
 510         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 511 {
 512         struct iova *iova = to_iova(node);
 513
 514         if ((pfn_lo <= iova->pfn_hi) && (pfn_hi >= iova->pfn_lo))
 515                 return 1;
 516         return 0;
 517 }
 518
 519 static inline struct iova *
 520 alloc_and_init_iova(unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 521 {
 522         struct iova *iova;
 523
 524         iova = alloc_iova_mem();
 525         if (iova) {
 526                 iova->pfn_lo = pfn_lo;
 527                 iova->pfn_hi = pfn_hi;
 528         }
 529
 530         return iova;
 531 }
 532
 533 static struct iova *
 534 __insert_new_range(struct iova_domain *iovad,
 535         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 536 {
 537         struct iova *iova;
 538
 539         iova = alloc_and_init_iova(pfn_lo, pfn_hi);
 540         if (iova)
 541                 iova_insert_rbtree(&iovad->rbroot, iova, NULL);
 542
 543         return iova;
 544 }
 545
 546 static void
 547 __adjust_overlap_range(struct iova *iova,
 548         unsigned long *pfn_lo, unsigned long *pfn_hi)
 549 {
 550         if (*pfn_lo < iova->pfn_lo)
 551                 iova->pfn_lo = *pfn_lo;
 552         if (*pfn_hi > iova->pfn_hi)
 553                 *pfn_lo = iova->pfn_hi + 1;
 554 }
 555
 556 /**
 557  * reserve_iova - reserves an iova in the given range
 558  * @iovad: - iova domain pointer
 559  * @pfn_lo: - lower page frame address
 560  * @pfn_hi:- higher pfn adderss
 561  * This function allocates reserves the address range from pfn_lo to pfn_hi so
 562  * that this address is not dished out as part of alloc_iova.
 563  */
 564 struct iova *
 565 reserve_iova(struct iova_domain *iovad,
 566         unsigned long pfn_lo, unsigned long pfn_hi)
 567 {
 568         struct rb_node *node;
 569         unsigned long flags;
 570         struct iova *iova;
 571         unsigned int overlap = 0;
 572
 573         /* Don't allow nonsensical pfns */
 574         if (WARN_ON((pfn_hi | pfn_lo) > (ULLONG_MAX >> iova_shift(iovad))))
 575                 return NULL;
 576
 577         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 578         for (node = rb_first(&iovad->rbroot); node; node = rb_next(node)) {
 579                 if (__is_range_overlap(node, pfn_lo, pfn_hi)) {
 580                         iova = to_iova(node);
 581                         __adjust_overlap_range(iova, &pfn_lo, &pfn_hi);
 582                         if ((pfn_lo >= iova->pfn_lo) &&
 583                                 (pfn_hi <= iova->pfn_hi))
 584                                 goto finish;
 585                         overlap = 1;
 586
 587                 } else if (overlap)
 588                                 break;
 589         }
 590
 591         /* We are here either because this is the first reserver node
 592          * or need to insert remaining non overlap addr range
 593          */
 594         iova = __insert_new_range(iovad, pfn_lo, pfn_hi);
 595 finish:
 596
 597         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 598         return iova;
 599 }
 600 EXPORT_SYMBOL_GPL(reserve_iova);
 601
 602 /*
 603  * Magazine caches for IOVA ranges.  For an introduction to magazines,
 604  * see the USENIX 2001 paper "Magazines and Vmem: Extending the Slab
 605  * Allocator to Many CPUs and Arbitrary Resources" by Bonwick and Adams.
 606  * For simplicity, we use a static magazine size and don't implement the
 607  * dynamic size tuning described in the paper.
 608  */
 609
 610 #define IOVA_MAG_SIZE 128
 611
 612 struct iova_magazine {
 613         unsigned long size;
 614         unsigned long pfns[IOVA_MAG_SIZE];
 615 };
 616
 617 struct iova_cpu_rcache {
 618         spinlock_t lock;
 619         struct iova_magazine *loaded;
 620         struct iova_magazine *prev;
 621 };
 622
 623 static struct iova_magazine *iova_magazine_alloc(gfp_t flags)
 624 {
 625         return kzalloc(sizeof(struct iova_magazine), flags);
 626 }
 627
 628 static void iova_magazine_free(struct iova_magazine *mag)
 629 {
 630         kfree(mag);
 631 }
 632
 633 static void
 634 iova_magazine_free_pfns(struct iova_magazine *mag, struct iova_domain *iovad)
 635 {
 636         unsigned long flags;
 637         int i;
 638
 639         if (!mag)
 640                 return;
 641
 642         spin_lock_irqsave(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 643
 644         for (i = 0 ; i < mag->size; ++i) {
 645                 struct iova *iova = private_find_iova(iovad, mag->pfns[i]);
 646
 647                 if (WARN_ON(!iova))
 648                         continue;
 649
 650                 remove_iova(iovad, iova);
 651                 free_iova_mem(iova);
 652         }
 653
 654         spin_unlock_irqrestore(&iovad->iova_rbtree_lock, flags);
 655
 656         mag->size = 0;
 657 }
 658
 659 static bool iova_magazine_full(struct iova_magazine *mag)
 660 {
 661         return (mag && mag->size == IOVA_MAG_SIZE);
 662 }
 663
 664 static bool iova_magazine_empty(struct iova_magazine *mag)
 665 {
 666         return (!mag || mag->size == 0);
 667 }
 668
 669 static unsigned long iova_magazine_pop(struct iova_magazine *mag,
 670                                        unsigned long limit_pfn)
 671 {
 672         int i;
 673         unsigned long pfn;
 674
 675         BUG_ON(iova_magazine_empty(mag));
 676
 677         /* Only fall back to the rbtree if we have no suitable pfns at all */
 678         for (i = mag->size - 1; mag->pfns[i] > limit_pfn; i--)
 679                 if (i == 0)
 680                         return 0;
 681
 682         /* Swap it to pop it */
 683         pfn = mag->pfns[i];
 684         mag->pfns[i] = mag->pfns[--mag->size];
 685
 686         return pfn;
 687 }
 688
 689 static void iova_magazine_push(struct iova_magazine *mag, unsigned long pfn)
 690 {
 691         BUG_ON(iova_magazine_full(mag));
 692
 693         mag->pfns[mag->size++] = pfn;
 694 }
 695
 696 static void init_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad)
 697 {
 698         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 699         struct iova_rcache *rcache;
 700         unsigned int cpu;
 701         int i;
 702
 703         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 704                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 705                 spin_lock_init(&rcache->lock);
 706                 rcache->depot_size = 0;
 707                 rcache->cpu_rcaches = __alloc_percpu(sizeof(*cpu_rcache), cache_line_size());
 708                 if (WARN_ON(!rcache->cpu_rcaches))
 709                         continue;
 710                 for_each_possible_cpu(cpu) {
 711                         cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
 712                         spin_lock_init(&cpu_rcache->lock);
 713                         cpu_rcache->loaded = iova_magazine_alloc(GFP_KERNEL);
 714                         cpu_rcache->prev = iova_magazine_alloc(GFP_KERNEL);
 715                 }
 716         }
 717 }
 718
 719 /*
 720  * Try inserting IOVA range starting with 'iova_pfn' into 'rcache', and
 721  * return true on success.  Can fail if rcache is full and we can't free
 722  * space, and free_iova() (our only caller) will then return the IOVA
 723  * range to the rbtree instead.
 724  */
 725 static bool __iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad,
 726                                  struct iova_rcache *rcache,
 727                                  unsigned long iova_pfn)
 728 {
 729         struct iova_magazine *mag_to_free = NULL;
 730         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 731         bool can_insert = false;
 732         unsigned long flags;
 733
 734         cpu_rcache = raw_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches);
 735         spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 736
 737         if (!iova_magazine_full(cpu_rcache->loaded)) {
 738                 can_insert = true;
 739         } else if (!iova_magazine_full(cpu_rcache->prev)) {
 740                 swap(cpu_rcache->prev, cpu_rcache->loaded);
 741                 can_insert = true;
 742         } else {
 743                 struct iova_magazine *new_mag = iova_magazine_alloc(GFP_ATOMIC);
 744
 745                 if (new_mag) {
 746                         spin_lock(&rcache->lock);
 747                         if (rcache->depot_size < MAX_GLOBAL_MAGS) {
 748                                 rcache->depot[rcache->depot_size++] =
 749                                                 cpu_rcache->loaded;
 750                         } else {
 751                                 mag_to_free = cpu_rcache->loaded;
 752                         }
 753                         spin_unlock(&rcache->lock);
 754
 755                         cpu_rcache->loaded = new_mag;
 756                         can_insert = true;
 757                 }
 758         }
 759
 760         if (can_insert)
 761                 iova_magazine_push(cpu_rcache->loaded, iova_pfn);
 762
 763         spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 764
 765         if (mag_to_free) {
 766                 iova_magazine_free_pfns(mag_to_free, iovad);
 767                 iova_magazine_free(mag_to_free);
 768         }
 769
 770         return can_insert;
 771 }
 772
 773 static bool iova_rcache_insert(struct iova_domain *iovad, unsigned long pfn,
 774                                unsigned long size)
 775 {
 776         unsigned int log_size = order_base_2(size);
 777
 778         if (log_size >= IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE)
 779                 return false;
 780
 781         return __iova_rcache_insert(iovad, &iovad->rcaches[log_size], pfn);
 782 }
 783
 784 /*
 785  * Caller wants to allocate a new IOVA range from 'rcache'.  If we can
 786  * satisfy the request, return a matching non-NULL range and remove
 787  * it from the 'rcache'.
 788  */
 789 static unsigned long __iova_rcache_get(struct iova_rcache *rcache,
 790                                        unsigned long limit_pfn)
 791 {
 792         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 793         unsigned long iova_pfn = 0;
 794         bool has_pfn = false;
 795         unsigned long flags;
 796
 797         cpu_rcache = raw_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches);
 798         spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 799
 800         if (!iova_magazine_empty(cpu_rcache->loaded)) {
 801                 has_pfn = true;
 802         } else if (!iova_magazine_empty(cpu_rcache->prev)) {
 803                 swap(cpu_rcache->prev, cpu_rcache->loaded);
 804                 has_pfn = true;
 805         } else {
 806                 spin_lock(&rcache->lock);
 807                 if (rcache->depot_size > 0) {
 808                         iova_magazine_free(cpu_rcache->loaded);
 809                         cpu_rcache->loaded = rcache->depot[--rcache->depot_size];
 810                         has_pfn = true;
 811                 }
 812                 spin_unlock(&rcache->lock);
 813         }
 814
 815         if (has_pfn)
 816                 iova_pfn = iova_magazine_pop(cpu_rcache->loaded, limit_pfn);
 817
 818         spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 819
 820         return iova_pfn;
 821 }
 822
 823 /*
 824  * Try to satisfy IOVA allocation range from rcache.  Fail if requested
 825  * size is too big or the DMA limit we are given isn't satisfied by the
 826  * top element in the magazine.
 827  */
 828 static unsigned long iova_rcache_get(struct iova_domain *iovad,
 829                                      unsigned long size,
 830                                      unsigned long limit_pfn)
 831 {
 832         unsigned int log_size = order_base_2(size);
 833
 834         if (log_size >= IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE)
 835                 return 0;
 836
 837         return __iova_rcache_get(&iovad->rcaches[log_size], limit_pfn - size);
 838 }
 839
 840 /*
 841  * free rcache data structures.
 842  */
 843 static void free_iova_rcaches(struct iova_domain *iovad)
 844 {
 845         struct iova_rcache *rcache;
 846         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 847         unsigned int cpu;
 848         int i, j;
 849
 850         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 851                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 852                 for_each_possible_cpu(cpu) {
 853                         cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
 854                         iova_magazine_free(cpu_rcache->loaded);
 855                         iova_magazine_free(cpu_rcache->prev);
 856                 }
 857                 free_percpu(rcache->cpu_rcaches);
 858                 for (j = 0; j < rcache->depot_size; ++j)
 859                         iova_magazine_free(rcache->depot[j]);
 860         }
 861 }
 862
 863 /*
 864  * free all the IOVA ranges cached by a cpu (used when cpu is unplugged)
 865  */
 866 static void free_cpu_cached_iovas(unsigned int cpu, struct iova_domain *iovad)
 867 {
 868         struct iova_cpu_rcache *cpu_rcache;
 869         struct iova_rcache *rcache;
 870         unsigned long flags;
 871         int i;
 872
 873         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 874                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 875                 cpu_rcache = per_cpu_ptr(rcache->cpu_rcaches, cpu);
 876                 spin_lock_irqsave(&cpu_rcache->lock, flags);
 877                 iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->loaded, iovad);
 878                 iova_magazine_free_pfns(cpu_rcache->prev, iovad);
 879                 spin_unlock_irqrestore(&cpu_rcache->lock, flags);
 880         }
 881 }
 882
 883 /*
 884  * free all the IOVA ranges of global cache
 885  */
 886 static void free_global_cached_iovas(struct iova_domain *iovad)
 887 {
 888         struct iova_rcache *rcache;
 889         unsigned long flags;
 890         int i, j;
 891
 892         for (i = 0; i < IOVA_RANGE_CACHE_MAX_SIZE; ++i) {
 893                 rcache = &iovad->rcaches[i];
 894                 spin_lock_irqsave(&rcache->lock, flags);
 895                 for (j = 0; j < rcache->depot_size; ++j) {
 896                         iova_magazine_free_pfns(rcache->depot[j], iovad);
 897                         iova_magazine_free(rcache->depot[j]);
 898                 }
 899                 rcache->depot_size = 0;
 900                 spin_unlock_irqrestore(&rcache->lock, flags);
 901         }
 902 }
 903 MODULE_AUTHOR("Anil S Keshavamurthy <anil.s.keshavamurthy@intel.com>");
 904 MODULE_LICENSE("GPL");