d58e329ac0e71c40aead90c425f0e617e3e5ee2c
[linux-block.git] / include / linux / dma-buf.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
2 /*
3  * Header file for dma buffer sharing framework.
4  *
5  * Copyright(C) 2011 Linaro Limited. All rights reserved.
6  * Author: Sumit Semwal <sumit.semwal@ti.com>
7  *
8  * Many thanks to linaro-mm-sig list, and specially
9  * Arnd Bergmann <arnd@arndb.de>, Rob Clark <rob@ti.com> and
10  * Daniel Vetter <daniel@ffwll.ch> for their support in creation and
11  * refining of this idea.
12  */
13 #ifndef __DMA_BUF_H__
14 #define __DMA_BUF_H__
15
16 #include <linux/iosys-map.h>
17 #include <linux/file.h>
18 #include <linux/err.h>
19 #include <linux/scatterlist.h>
20 #include <linux/list.h>
21 #include <linux/dma-mapping.h>
22 #include <linux/fs.h>
23 #include <linux/dma-fence.h>
24 #include <linux/wait.h>
25
26 struct device;
27 struct dma_buf;
28 struct dma_buf_attachment;
29
30 /**
31  * struct dma_buf_ops - operations possible on struct dma_buf
32  * @vmap: [optional] creates a virtual mapping for the buffer into kernel
33  *        address space. Same restrictions as for vmap and friends apply.
34  * @vunmap: [optional] unmaps a vmap from the buffer
35  */
36 struct dma_buf_ops {
37         /**
38          * @attach:
39          *
40          * This is called from dma_buf_attach() to make sure that a given
41          * &dma_buf_attachment.dev can access the provided &dma_buf. Exporters
42          * which support buffer objects in special locations like VRAM or
43          * device-specific carveout areas should check whether the buffer could
44          * be move to system memory (or directly accessed by the provided
45          * device), and otherwise need to fail the attach operation.
46          *
47          * The exporter should also in general check whether the current
48          * allocation fulfills the DMA constraints of the new device. If this
49          * is not the case, and the allocation cannot be moved, it should also
50          * fail the attach operation.
51          *
52          * Any exporter-private housekeeping data can be stored in the
53          * &dma_buf_attachment.priv pointer.
54          *
55          * This callback is optional.
56          *
57          * Returns:
58          *
59          * 0 on success, negative error code on failure. It might return -EBUSY
60          * to signal that backing storage is already allocated and incompatible
61          * with the requirements of requesting device.
62          */
63         int (*attach)(struct dma_buf *, struct dma_buf_attachment *);
64
65         /**
66          * @detach:
67          *
68          * This is called by dma_buf_detach() to release a &dma_buf_attachment.
69          * Provided so that exporters can clean up any housekeeping for an
70          * &dma_buf_attachment.
71          *
72          * This callback is optional.
73          */
74         void (*detach)(struct dma_buf *, struct dma_buf_attachment *);
75
76         /**
77          * @pin:
78          *
79          * This is called by dma_buf_pin() and lets the exporter know that the
80          * DMA-buf can't be moved any more. Ideally, the exporter should
81          * pin the buffer so that it is generally accessible by all
82          * devices.
83          *
84          * This is called with the &dmabuf.resv object locked and is mutual
85          * exclusive with @cache_sgt_mapping.
86          *
87          * This is called automatically for non-dynamic importers from
88          * dma_buf_attach().
89          *
90          * Note that similar to non-dynamic exporters in their @map_dma_buf
91          * callback the driver must guarantee that the memory is available for
92          * use and cleared of any old data by the time this function returns.
93          * Drivers which pipeline their buffer moves internally must wait for
94          * all moves and clears to complete.
95          *
96          * Returns:
97          *
98          * 0 on success, negative error code on failure.
99          */
100         int (*pin)(struct dma_buf_attachment *attach);
101
102         /**
103          * @unpin:
104          *
105          * This is called by dma_buf_unpin() and lets the exporter know that the
106          * DMA-buf can be moved again.
107          *
108          * This is called with the dmabuf->resv object locked and is mutual
109          * exclusive with @cache_sgt_mapping.
110          *
111          * This callback is optional.
112          */
113         void (*unpin)(struct dma_buf_attachment *attach);
114
115         /**
116          * @map_dma_buf:
117          *
118          * This is called by dma_buf_map_attachment() and is used to map a
119          * shared &dma_buf into device address space, and it is mandatory. It
120          * can only be called if @attach has been called successfully.
121          *
122          * This call may sleep, e.g. when the backing storage first needs to be
123          * allocated, or moved to a location suitable for all currently attached
124          * devices.
125          *
126          * Note that any specific buffer attributes required for this function
127          * should get added to device_dma_parameters accessible via
128          * &device.dma_params from the &dma_buf_attachment. The @attach callback
129          * should also check these constraints.
130          *
131          * If this is being called for the first time, the exporter can now
132          * choose to scan through the list of attachments for this buffer,
133          * collate the requirements of the attached devices, and choose an
134          * appropriate backing storage for the buffer.
135          *
136          * Based on enum dma_data_direction, it might be possible to have
137          * multiple users accessing at the same time (for reading, maybe), or
138          * any other kind of sharing that the exporter might wish to make
139          * available to buffer-users.
140          *
141          * This is always called with the dmabuf->resv object locked when
142          * the dynamic_mapping flag is true.
143          *
144          * Note that for non-dynamic exporters the driver must guarantee that
145          * that the memory is available for use and cleared of any old data by
146          * the time this function returns.  Drivers which pipeline their buffer
147          * moves internally must wait for all moves and clears to complete.
148          * Dynamic exporters do not need to follow this rule: For non-dynamic
149          * importers the buffer is already pinned through @pin, which has the
150          * same requirements. Dynamic importers otoh are required to obey the
151          * dma_resv fences.
152          *
153          * Returns:
154          *
155          * A &sg_table scatter list of the backing storage of the DMA buffer,
156          * already mapped into the device address space of the &device attached
157          * with the provided &dma_buf_attachment. The addresses and lengths in
158          * the scatter list are PAGE_SIZE aligned.
159          *
160          * On failure, returns a negative error value wrapped into a pointer.
161          * May also return -EINTR when a signal was received while being
162          * blocked.
163          *
164          * Note that exporters should not try to cache the scatter list, or
165          * return the same one for multiple calls. Caching is done either by the
166          * DMA-BUF code (for non-dynamic importers) or the importer. Ownership
167          * of the scatter list is transferred to the caller, and returned by
168          * @unmap_dma_buf.
169          */
170         struct sg_table * (*map_dma_buf)(struct dma_buf_attachment *,
171                                          enum dma_data_direction);
172         /**
173          * @unmap_dma_buf:
174          *
175          * This is called by dma_buf_unmap_attachment() and should unmap and
176          * release the &sg_table allocated in @map_dma_buf, and it is mandatory.
177          * For static dma_buf handling this might also unpin the backing
178          * storage if this is the last mapping of the DMA buffer.
179          */
180         void (*unmap_dma_buf)(struct dma_buf_attachment *,
181                               struct sg_table *,
182                               enum dma_data_direction);
183
184         /* TODO: Add try_map_dma_buf version, to return immed with -EBUSY
185          * if the call would block.
186          */
187
188         /**
189          * @release:
190          *
191          * Called after the last dma_buf_put to release the &dma_buf, and
192          * mandatory.
193          */
194         void (*release)(struct dma_buf *);
195
196         /**
197          * @begin_cpu_access:
198          *
199          * This is called from dma_buf_begin_cpu_access() and allows the
200          * exporter to ensure that the memory is actually coherent for cpu
201          * access. The exporter also needs to ensure that cpu access is coherent
202          * for the access direction. The direction can be used by the exporter
203          * to optimize the cache flushing, i.e. access with a different
204          * direction (read instead of write) might return stale or even bogus
205          * data (e.g. when the exporter needs to copy the data to temporary
206          * storage).
207          *
208          * Note that this is both called through the DMA_BUF_IOCTL_SYNC IOCTL
209          * command for userspace mappings established through @mmap, and also
210          * for kernel mappings established with @vmap.
211          *
212          * This callback is optional.
213          *
214          * Returns:
215          *
216          * 0 on success or a negative error code on failure. This can for
217          * example fail when the backing storage can't be allocated. Can also
218          * return -ERESTARTSYS or -EINTR when the call has been interrupted and
219          * needs to be restarted.
220          */
221         int (*begin_cpu_access)(struct dma_buf *, enum dma_data_direction);
222
223         /**
224          * @end_cpu_access:
225          *
226          * This is called from dma_buf_end_cpu_access() when the importer is
227          * done accessing the CPU. The exporter can use this to flush caches and
228          * undo anything else done in @begin_cpu_access.
229          *
230          * This callback is optional.
231          *
232          * Returns:
233          *
234          * 0 on success or a negative error code on failure. Can return
235          * -ERESTARTSYS or -EINTR when the call has been interrupted and needs
236          * to be restarted.
237          */
238         int (*end_cpu_access)(struct dma_buf *, enum dma_data_direction);
239
240         /**
241          * @mmap:
242          *
243          * This callback is used by the dma_buf_mmap() function
244          *
245          * Note that the mapping needs to be incoherent, userspace is expected
246          * to bracket CPU access using the DMA_BUF_IOCTL_SYNC interface.
247          *
248          * Because dma-buf buffers have invariant size over their lifetime, the
249          * dma-buf core checks whether a vma is too large and rejects such
250          * mappings. The exporter hence does not need to duplicate this check.
251          * Drivers do not need to check this themselves.
252          *
253          * If an exporter needs to manually flush caches and hence needs to fake
254          * coherency for mmap support, it needs to be able to zap all the ptes
255          * pointing at the backing storage. Now linux mm needs a struct
256          * address_space associated with the struct file stored in vma->vm_file
257          * to do that with the function unmap_mapping_range. But the dma_buf
258          * framework only backs every dma_buf fd with the anon_file struct file,
259          * i.e. all dma_bufs share the same file.
260          *
261          * Hence exporters need to setup their own file (and address_space)
262          * association by setting vma->vm_file and adjusting vma->vm_pgoff in
263          * the dma_buf mmap callback. In the specific case of a gem driver the
264          * exporter could use the shmem file already provided by gem (and set
265          * vm_pgoff = 0). Exporters can then zap ptes by unmapping the
266          * corresponding range of the struct address_space associated with their
267          * own file.
268          *
269          * This callback is optional.
270          *
271          * Returns:
272          *
273          * 0 on success or a negative error code on failure.
274          */
275         int (*mmap)(struct dma_buf *, struct vm_area_struct *vma);
276
277         int (*vmap)(struct dma_buf *dmabuf, struct iosys_map *map);
278         void (*vunmap)(struct dma_buf *dmabuf, struct iosys_map *map);
279 };
280
281 /**
282  * struct dma_buf - shared buffer object
283  *
284  * This represents a shared buffer, created by calling dma_buf_export(). The
285  * userspace representation is a normal file descriptor, which can be created by
286  * calling dma_buf_fd().
287  *
288  * Shared dma buffers are reference counted using dma_buf_put() and
289  * get_dma_buf().
290  *
291  * Device DMA access is handled by the separate &struct dma_buf_attachment.
292  */
293 struct dma_buf {
294         /**
295          * @size:
296          *
297          * Size of the buffer; invariant over the lifetime of the buffer.
298          */
299         size_t size;
300
301         /**
302          * @file:
303          *
304          * File pointer used for sharing buffers across, and for refcounting.
305          * See dma_buf_get() and dma_buf_put().
306          */
307         struct file *file;
308
309         /**
310          * @attachments:
311          *
312          * List of dma_buf_attachment that denotes all devices attached,
313          * protected by &dma_resv lock @resv.
314          */
315         struct list_head attachments;
316
317         /** @ops: dma_buf_ops associated with this buffer object. */
318         const struct dma_buf_ops *ops;
319
320         /**
321          * @vmapping_counter:
322          *
323          * Used internally to refcnt the vmaps returned by dma_buf_vmap().
324          * Protected by @lock.
325          */
326         unsigned vmapping_counter;
327
328         /**
329          * @vmap_ptr:
330          * The current vmap ptr if @vmapping_counter > 0. Protected by @lock.
331          */
332         struct iosys_map vmap_ptr;
333
334         /**
335          * @exp_name:
336          *
337          * Name of the exporter; useful for debugging. Must not be NULL
338          */
339         const char *exp_name;
340
341         /**
342          * @name:
343          *
344          * Userspace-provided name. Default value is NULL. If not NULL,
345          * length cannot be longer than DMA_BUF_NAME_LEN, including NIL
346          * char. Useful for accounting and debugging. Read/Write accesses
347          * are protected by @name_lock
348          *
349          * See the IOCTLs DMA_BUF_SET_NAME or DMA_BUF_SET_NAME_A/B
350          */
351         const char *name;
352
353         /** @name_lock: Spinlock to protect name access for read access. */
354         spinlock_t name_lock;
355
356         /**
357          * @owner:
358          *
359          * Pointer to exporter module; used for refcounting when exporter is a
360          * kernel module.
361          */
362         struct module *owner;
363
364         /** @list_node: node for dma_buf accounting and debugging. */
365         struct list_head list_node;
366
367         /** @priv: exporter specific private data for this buffer object. */
368         void *priv;
369
370         /**
371          * @resv:
372          *
373          * Reservation object linked to this dma-buf.
374          *
375          * IMPLICIT SYNCHRONIZATION RULES:
376          *
377          * Drivers which support implicit synchronization of buffer access as
378          * e.g. exposed in `Implicit Fence Poll Support`_ must follow the
379          * below rules.
380          *
381          * - Drivers must add a read fence through dma_resv_add_fence() with the
382          *   DMA_RESV_USAGE_READ flag for anything the userspace API considers a
383          *   read access. This highly depends upon the API and window system.
384          *
385          * - Similarly drivers must add a write fence through
386          *   dma_resv_add_fence() with the DMA_RESV_USAGE_WRITE flag for
387          *   anything the userspace API considers write access.
388          *
389          * - Drivers may just always add a write fence, since that only
390          *   causes unnecessary synchronization, but no correctness issues.
391          *
392          * - Some drivers only expose a synchronous userspace API with no
393          *   pipelining across drivers. These do not set any fences for their
394          *   access. An example here is v4l.
395          *
396          * - Driver should use dma_resv_usage_rw() when retrieving fences as
397          *   dependency for implicit synchronization.
398          *
399          * DYNAMIC IMPORTER RULES:
400          *
401          * Dynamic importers, see dma_buf_attachment_is_dynamic(), have
402          * additional constraints on how they set up fences:
403          *
404          * - Dynamic importers must obey the write fences and wait for them to
405          *   signal before allowing access to the buffer's underlying storage
406          *   through the device.
407          *
408          * - Dynamic importers should set fences for any access that they can't
409          *   disable immediately from their &dma_buf_attach_ops.move_notify
410          *   callback.
411          *
412          * IMPORTANT:
413          *
414          * All drivers and memory management related functions must obey the
415          * struct dma_resv rules, specifically the rules for updating and
416          * obeying fences. See enum dma_resv_usage for further descriptions.
417          */
418         struct dma_resv *resv;
419
420         /** @poll: for userspace poll support */
421         wait_queue_head_t poll;
422
423         /** @cb_in: for userspace poll support */
424         /** @cb_out: for userspace poll support */
425         struct dma_buf_poll_cb_t {
426                 struct dma_fence_cb cb;
427                 wait_queue_head_t *poll;
428
429                 __poll_t active;
430         } cb_in, cb_out;
431 #ifdef CONFIG_DMABUF_SYSFS_STATS
432         /**
433          * @sysfs_entry:
434          *
435          * For exposing information about this buffer in sysfs. See also
436          * `DMA-BUF statistics`_ for the uapi this enables.
437          */
438         struct dma_buf_sysfs_entry {
439                 struct kobject kobj;
440                 struct dma_buf *dmabuf;
441         } *sysfs_entry;
442 #endif
443 };
444
445 /**
446  * struct dma_buf_attach_ops - importer operations for an attachment
447  *
448  * Attachment operations implemented by the importer.
449  */
450 struct dma_buf_attach_ops {
451         /**
452          * @allow_peer2peer:
453          *
454          * If this is set to true the importer must be able to handle peer
455          * resources without struct pages.
456          */
457         bool allow_peer2peer;
458
459         /**
460          * @move_notify: [optional] notification that the DMA-buf is moving
461          *
462          * If this callback is provided the framework can avoid pinning the
463          * backing store while mappings exists.
464          *
465          * This callback is called with the lock of the reservation object
466          * associated with the dma_buf held and the mapping function must be
467          * called with this lock held as well. This makes sure that no mapping
468          * is created concurrently with an ongoing move operation.
469          *
470          * Mappings stay valid and are not directly affected by this callback.
471          * But the DMA-buf can now be in a different physical location, so all
472          * mappings should be destroyed and re-created as soon as possible.
473          *
474          * New mappings can be created after this callback returns, and will
475          * point to the new location of the DMA-buf.
476          */
477         void (*move_notify)(struct dma_buf_attachment *attach);
478 };
479
480 /**
481  * struct dma_buf_attachment - holds device-buffer attachment data
482  * @dmabuf: buffer for this attachment.
483  * @dev: device attached to the buffer.
484  * @node: list of dma_buf_attachment, protected by dma_resv lock of the dmabuf.
485  * @peer2peer: true if the importer can handle peer resources without pages.
486  * @priv: exporter specific attachment data.
487  * @importer_ops: importer operations for this attachment, if provided
488  * dma_buf_map/unmap_attachment() must be called with the dma_resv lock held.
489  * @importer_priv: importer specific attachment data.
490  *
491  * This structure holds the attachment information between the dma_buf buffer
492  * and its user device(s). The list contains one attachment struct per device
493  * attached to the buffer.
494  *
495  * An attachment is created by calling dma_buf_attach(), and released again by
496  * calling dma_buf_detach(). The DMA mapping itself needed to initiate a
497  * transfer is created by dma_buf_map_attachment() and freed again by calling
498  * dma_buf_unmap_attachment().
499  */
500 struct dma_buf_attachment {
501         struct dma_buf *dmabuf;
502         struct device *dev;
503         struct list_head node;
504         bool peer2peer;
505         const struct dma_buf_attach_ops *importer_ops;
506         void *importer_priv;
507         void *priv;
508 };
509
510 /**
511  * struct dma_buf_export_info - holds information needed to export a dma_buf
512  * @exp_name:   name of the exporter - useful for debugging.
513  * @owner:      pointer to exporter module - used for refcounting kernel module
514  * @ops:        Attach allocator-defined dma buf ops to the new buffer
515  * @size:       Size of the buffer - invariant over the lifetime of the buffer
516  * @flags:      mode flags for the file
517  * @resv:       reservation-object, NULL to allocate default one
518  * @priv:       Attach private data of allocator to this buffer
519  *
520  * This structure holds the information required to export the buffer. Used
521  * with dma_buf_export() only.
522  */
523 struct dma_buf_export_info {
524         const char *exp_name;
525         struct module *owner;
526         const struct dma_buf_ops *ops;
527         size_t size;
528         int flags;
529         struct dma_resv *resv;
530         void *priv;
531 };
532
533 /**
534  * DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO - helper macro for exporters
535  * @name: export-info name
536  *
537  * DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO macro defines the &struct dma_buf_export_info,
538  * zeroes it out and pre-populates exp_name in it.
539  */
540 #define DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO(name)        \
541         struct dma_buf_export_info name = { .exp_name = KBUILD_MODNAME, \
542                                          .owner = THIS_MODULE }
543
544 /**
545  * get_dma_buf - convenience wrapper for get_file.
546  * @dmabuf:     [in]    pointer to dma_buf
547  *
548  * Increments the reference count on the dma-buf, needed in case of drivers
549  * that either need to create additional references to the dmabuf on the
550  * kernel side.  For example, an exporter that needs to keep a dmabuf ptr
551  * so that subsequent exports don't create a new dmabuf.
552  */
553 static inline void get_dma_buf(struct dma_buf *dmabuf)
554 {
555         get_file(dmabuf->file);
556 }
557
558 /**
559  * dma_buf_is_dynamic - check if a DMA-buf uses dynamic mappings.
560  * @dmabuf: the DMA-buf to check
561  *
562  * Returns true if a DMA-buf exporter wants to be called with the dma_resv
563  * locked for the map/unmap callbacks, false if it doesn't wants to be called
564  * with the lock held.
565  */
566 static inline bool dma_buf_is_dynamic(struct dma_buf *dmabuf)
567 {
568         return !!dmabuf->ops->pin;
569 }
570
571 struct dma_buf_attachment *dma_buf_attach(struct dma_buf *dmabuf,
572                                           struct device *dev);
573 struct dma_buf_attachment *
574 dma_buf_dynamic_attach(struct dma_buf *dmabuf, struct device *dev,
575                        const struct dma_buf_attach_ops *importer_ops,
576                        void *importer_priv);
577 void dma_buf_detach(struct dma_buf *dmabuf,
578                     struct dma_buf_attachment *attach);
579 int dma_buf_pin(struct dma_buf_attachment *attach);
580 void dma_buf_unpin(struct dma_buf_attachment *attach);
581
582 struct dma_buf *dma_buf_export(const struct dma_buf_export_info *exp_info);
583
584 int dma_buf_fd(struct dma_buf *dmabuf, int flags);
585 struct dma_buf *dma_buf_get(int fd);
586 void dma_buf_put(struct dma_buf *dmabuf);
587
588 struct sg_table *dma_buf_map_attachment(struct dma_buf_attachment *,
589                                         enum dma_data_direction);
590 void dma_buf_unmap_attachment(struct dma_buf_attachment *, struct sg_table *,
591                                 enum dma_data_direction);
592 void dma_buf_move_notify(struct dma_buf *dma_buf);
593 int dma_buf_begin_cpu_access(struct dma_buf *dma_buf,
594                              enum dma_data_direction dir);
595 int dma_buf_end_cpu_access(struct dma_buf *dma_buf,
596                            enum dma_data_direction dir);
597 struct sg_table *
598 dma_buf_map_attachment_unlocked(struct dma_buf_attachment *attach,
599                                 enum dma_data_direction direction);
600 void dma_buf_unmap_attachment_unlocked(struct dma_buf_attachment *attach,
601                                        struct sg_table *sg_table,
602                                        enum dma_data_direction direction);
603
604 int dma_buf_mmap(struct dma_buf *, struct vm_area_struct *,
605                  unsigned long);
606 int dma_buf_vmap(struct dma_buf *dmabuf, struct iosys_map *map);
607 void dma_buf_vunmap(struct dma_buf *dmabuf, struct iosys_map *map);
608 int dma_buf_vmap_unlocked(struct dma_buf *dmabuf, struct iosys_map *map);
609 void dma_buf_vunmap_unlocked(struct dma_buf *dmabuf, struct iosys_map *map);
610 struct dma_buf *dma_buf_iter_begin(void);
611 struct dma_buf *dma_buf_iter_next(struct dma_buf *dmbuf);
612 #endif /* __DMA_BUF_H__ */