kernel/memremap.c

   1 /*
   2  * Copyright(c) 2015 Intel Corporation. All rights reserved.
   3  *
   4  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5  * it under the terms of version 2 of the GNU General Public License as
   6  * published by the Free Software Foundation.
   7  *
   8  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
   9  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  11  * General Public License for more details.
  12  */
  13 #include <linux/radix-tree.h>
  14 #include <linux/device.h>
  15 #include <linux/types.h>
  16 #include <linux/pfn_t.h>
  17 #include <linux/io.h>
  18 #include <linux/mm.h>
  19 #include <linux/memory_hotplug.h>
  20 #include <linux/swap.h>
  21 #include <linux/swapops.h>
  22
  23 #ifndef ioremap_cache
  24 /* temporary while we convert existing ioremap_cache users to memremap */
  25 __weak void __iomem *ioremap_cache(resource_size_t offset, unsigned long size)
  26 {
  27         return ioremap(offset, size);
  28 }
  29 #endif
  30
  31 #ifndef arch_memremap_wb
  32 static void *arch_memremap_wb(resource_size_t offset, unsigned long size)
  33 {
  34         return (__force void *)ioremap_cache(offset, size);
  35 }
  36 #endif
  37
  38 #ifndef arch_memremap_can_ram_remap
  39 static bool arch_memremap_can_ram_remap(resource_size_t offset, size_t size,
  40                                         unsigned long flags)
  41 {
  42         return true;
  43 }
  44 #endif
  45
  46 static void *try_ram_remap(resource_size_t offset, size_t size,
  47                            unsigned long flags)
  48 {
  49         unsigned long pfn = PHYS_PFN(offset);
  50
  51         /* In the simple case just return the existing linear address */
  52         if (pfn_valid(pfn) && !PageHighMem(pfn_to_page(pfn)) &&
  53             arch_memremap_can_ram_remap(offset, size, flags))
  54                 return __va(offset);
  55
  56         return NULL; /* fallback to arch_memremap_wb */
  57 }
  58
  59 /**
  60  * memremap() - remap an iomem_resource as cacheable memory
  61  * @offset: iomem resource start address
  62  * @size: size of remap
  63  * @flags: any of MEMREMAP_WB, MEMREMAP_WT, MEMREMAP_WC,
  64  *                MEMREMAP_ENC, MEMREMAP_DEC
  65  *
  66  * memremap() is "ioremap" for cases where it is known that the resource
  67  * being mapped does not have i/o side effects and the __iomem
  68  * annotation is not applicable. In the case of multiple flags, the different
  69  * mapping types will be attempted in the order listed below until one of
  70  * them succeeds.
  71  *
  72  * MEMREMAP_WB - matches the default mapping for System RAM on
  73  * the architecture.  This is usually a read-allocate write-back cache.
  74  * Morever, if MEMREMAP_WB is specified and the requested remap region is RAM
  75  * memremap() will bypass establishing a new mapping and instead return
  76  * a pointer into the direct map.
  77  *
  78  * MEMREMAP_WT - establish a mapping whereby writes either bypass the
  79  * cache or are written through to memory and never exist in a
  80  * cache-dirty state with respect to program visibility.  Attempts to
  81  * map System RAM with this mapping type will fail.
  82  *
  83  * MEMREMAP_WC - establish a writecombine mapping, whereby writes may
  84  * be coalesced together (e.g. in the CPU's write buffers), but is otherwise
  85  * uncached. Attempts to map System RAM with this mapping type will fail.
  86  */
  87 void *memremap(resource_size_t offset, size_t size, unsigned long flags)
  88 {
  89         int is_ram = region_intersects(offset, size,
  90                                        IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE);
  91         void *addr = NULL;
  92
  93         if (!flags)
  94                 return NULL;
  95
  96         if (is_ram == REGION_MIXED) {
  97                 WARN_ONCE(1, "memremap attempted on mixed range %pa size: %#lx\n",
  98                                 &offset, (unsigned long) size);
  99                 return NULL;
 100         }
 101
 102         /* Try all mapping types requested until one returns non-NULL */
 103         if (flags & MEMREMAP_WB) {
 104                 /*
 105                  * MEMREMAP_WB is special in that it can be satisifed
 106                  * from the direct map.  Some archs depend on the
 107                  * capability of memremap() to autodetect cases where
 108                  * the requested range is potentially in System RAM.
 109                  */
 110                 if (is_ram == REGION_INTERSECTS)
 111                         addr = try_ram_remap(offset, size, flags);
 112                 if (!addr)
 113                         addr = arch_memremap_wb(offset, size);
 114         }
 115
 116         /*
 117          * If we don't have a mapping yet and other request flags are
 118          * present then we will be attempting to establish a new virtual
 119          * address mapping.  Enforce that this mapping is not aliasing
 120          * System RAM.
 121          */
 122         if (!addr && is_ram == REGION_INTERSECTS && flags != MEMREMAP_WB) {
 123                 WARN_ONCE(1, "memremap attempted on ram %pa size: %#lx\n",
 124                                 &offset, (unsigned long) size);
 125                 return NULL;
 126         }
 127
 128         if (!addr && (flags & MEMREMAP_WT))
 129                 addr = ioremap_wt(offset, size);
 130
 131         if (!addr && (flags & MEMREMAP_WC))
 132                 addr = ioremap_wc(offset, size);
 133
 134         return addr;
 135 }
 136 EXPORT_SYMBOL(memremap);
 137
 138 void memunmap(void *addr)
 139 {
 140         if (is_vmalloc_addr(addr))
 141                 iounmap((void __iomem *) addr);
 142 }
 143 EXPORT_SYMBOL(memunmap);
 144
 145 static void devm_memremap_release(struct device *dev, void *res)
 146 {
 147         memunmap(*(void **)res);
 148 }
 149
 150 static int devm_memremap_match(struct device *dev, void *res, void *match_data)
 151 {
 152         return *(void **)res == match_data;
 153 }
 154
 155 void *devm_memremap(struct device *dev, resource_size_t offset,
 156                 size_t size, unsigned long flags)
 157 {
 158         void **ptr, *addr;
 159
 160         ptr = devres_alloc_node(devm_memremap_release, sizeof(*ptr), GFP_KERNEL,
 161                         dev_to_node(dev));
 162         if (!ptr)
 163                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
 164
 165         addr = memremap(offset, size, flags);
 166         if (addr) {
 167                 *ptr = addr;
 168                 devres_add(dev, ptr);
 169         } else {
 170                 devres_free(ptr);
 171                 return ERR_PTR(-ENXIO);
 172         }
 173
 174         return addr;
 175 }
 176 EXPORT_SYMBOL(devm_memremap);
 177
 178 void devm_memunmap(struct device *dev, void *addr)
 179 {
 180         WARN_ON(devres_release(dev, devm_memremap_release,
 181                                 devm_memremap_match, addr));
 182 }
 183 EXPORT_SYMBOL(devm_memunmap);
 184
 185 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
 186 static DEFINE_MUTEX(pgmap_lock);
 187 static RADIX_TREE(pgmap_radix, GFP_KERNEL);
 188 #define SECTION_MASK ~((1UL << PA_SECTION_SHIFT) - 1)
 189 #define SECTION_SIZE (1UL << PA_SECTION_SHIFT)
 190
 191 static unsigned long order_at(struct resource *res, unsigned long pgoff)
 192 {
 193         unsigned long phys_pgoff = PHYS_PFN(res->start) + pgoff;
 194         unsigned long nr_pages, mask;
 195
 196         nr_pages = PHYS_PFN(resource_size(res));
 197         if (nr_pages == pgoff)
 198                 return ULONG_MAX;
 199
 200         /*
 201          * What is the largest aligned power-of-2 range available from
 202          * this resource pgoff to the end of the resource range,
 203          * considering the alignment of the current pgoff?
 204          */
 205         mask = phys_pgoff | rounddown_pow_of_two(nr_pages - pgoff);
 206         if (!mask)
 207                 return ULONG_MAX;
 208
 209         return find_first_bit(&mask, BITS_PER_LONG);
 210 }
 211
 212 #define foreach_order_pgoff(res, order, pgoff) \
 213         for (pgoff = 0, order = order_at((res), pgoff); order < ULONG_MAX; \
 214                         pgoff += 1UL << order, order = order_at((res), pgoff))
 215
 216 #if IS_ENABLED(CONFIG_DEVICE_PRIVATE)
 217 int device_private_entry_fault(struct vm_area_struct *vma,
 218                        unsigned long addr,
 219                        swp_entry_t entry,
 220                        unsigned int flags,
 221                        pmd_t *pmdp)
 222 {
 223         struct page *page = device_private_entry_to_page(entry);
 224
 225         /*
 226          * The page_fault() callback must migrate page back to system memory
 227          * so that CPU can access it. This might fail for various reasons
 228          * (device issue, device was unsafely unplugged, ...). When such
 229          * error conditions happen, the callback must return VM_FAULT_SIGBUS.
 230          *
 231          * Note that because memory cgroup charges are accounted to the device
 232          * memory, this should never fail because of memory restrictions (but
 233          * allocation of regular system page might still fail because we are
 234          * out of memory).
 235          *
 236          * There is a more in-depth description of what that callback can and
 237          * cannot do, in include/linux/memremap.h
 238          */
 239         return page->pgmap->page_fault(vma, addr, page, flags, pmdp);
 240 }
 241 EXPORT_SYMBOL(device_private_entry_fault);
 242 #endif /* CONFIG_DEVICE_PRIVATE */
 243
 244 static void pgmap_radix_release(struct resource *res, unsigned long end_pgoff)
 245 {
 246         unsigned long pgoff, order;
 247
 248         mutex_lock(&pgmap_lock);
 249         foreach_order_pgoff(res, order, pgoff) {
 250                 if (pgoff >= end_pgoff)
 251                         break;
 252                 radix_tree_delete(&pgmap_radix, PHYS_PFN(res->start) + pgoff);
 253         }
 254         mutex_unlock(&pgmap_lock);
 255
 256         synchronize_rcu();
 257 }
 258
 259 static unsigned long pfn_first(struct dev_pagemap *pgmap)
 260 {
 261         const struct resource *res = &pgmap->res;
 262         struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
 263         unsigned long pfn;
 264
 265         pfn = res->start >> PAGE_SHIFT;
 266         if (pgmap->altmap_valid)
 267                 pfn += vmem_altmap_offset(altmap);
 268         return pfn;
 269 }
 270
 271 static unsigned long pfn_end(struct dev_pagemap *pgmap)
 272 {
 273         const struct resource *res = &pgmap->res;
 274
 275         return (res->start + resource_size(res)) >> PAGE_SHIFT;
 276 }
 277
 278 #define for_each_device_pfn(pfn, map) \
 279         for (pfn = pfn_first(map); pfn < pfn_end(map); pfn++)
 280
 281 static void devm_memremap_pages_release(void *data)
 282 {
 283         struct dev_pagemap *pgmap = data;
 284         struct device *dev = pgmap->dev;
 285         struct resource *res = &pgmap->res;
 286         resource_size_t align_start, align_size;
 287         unsigned long pfn;
 288
 289         for_each_device_pfn(pfn, pgmap)
 290                 put_page(pfn_to_page(pfn));
 291
 292         if (percpu_ref_tryget_live(pgmap->ref)) {
 293                 dev_WARN(dev, "%s: page mapping is still live!\n", __func__);
 294                 percpu_ref_put(pgmap->ref);
 295         }
 296
 297         /* pages are dead and unused, undo the arch mapping */
 298         align_start = res->start & ~(SECTION_SIZE - 1);
 299         align_size = ALIGN(res->start + resource_size(res), SECTION_SIZE)
 300                 - align_start;
 301
 302         mem_hotplug_begin();
 303         arch_remove_memory(align_start, align_size, pgmap->altmap_valid ?
 304                         &pgmap->altmap : NULL);
 305         mem_hotplug_done();
 306
 307         untrack_pfn(NULL, PHYS_PFN(align_start), align_size);
 308         pgmap_radix_release(res, -1);
 309         dev_WARN_ONCE(dev, pgmap->altmap.alloc,
 310                       "%s: failed to free all reserved pages\n", __func__);
 311 }
 312
 313 /**
 314  * devm_memremap_pages - remap and provide memmap backing for the given resource
 315  * @dev: hosting device for @res
 316  * @pgmap: pointer to a struct dev_pgmap
 317  *
 318  * Notes:
 319  * 1/ At a minimum the res, ref and type members of @pgmap must be initialized
 320  *    by the caller before passing it to this function
 321  *
 322  * 2/ The altmap field may optionally be initialized, in which case altmap_valid
 323  *    must be set to true
 324  *
 325  * 3/ pgmap.ref must be 'live' on entry and 'dead' before devm_memunmap_pages()
 326  *    time (or devm release event). The expected order of events is that ref has
 327  *    been through percpu_ref_kill() before devm_memremap_pages_release(). The
 328  *    wait for the completion of all references being dropped and
 329  *    percpu_ref_exit() must occur after devm_memremap_pages_release().
 330  *
 331  * 4/ res is expected to be a host memory range that could feasibly be
 332  *    treated as a "System RAM" range, i.e. not a device mmio range, but
 333  *    this is not enforced.
 334  */
 335 void *devm_memremap_pages(struct device *dev, struct dev_pagemap *pgmap)
 336 {
 337         resource_size_t align_start, align_size, align_end;
 338         struct vmem_altmap *altmap = pgmap->altmap_valid ?
 339                         &pgmap->altmap : NULL;
 340         unsigned long pfn, pgoff, order;
 341         pgprot_t pgprot = PAGE_KERNEL;
 342         int error, nid, is_ram, i = 0;
 343         struct resource *res = &pgmap->res;
 344
 345         align_start = res->start & ~(SECTION_SIZE - 1);
 346         align_size = ALIGN(res->start + resource_size(res), SECTION_SIZE)
 347                 - align_start;
 348         is_ram = region_intersects(align_start, align_size,
 349                 IORESOURCE_SYSTEM_RAM, IORES_DESC_NONE);
 350
 351         if (is_ram == REGION_MIXED) {
 352                 WARN_ONCE(1, "%s attempted on mixed region %pr\n",
 353                                 __func__, res);
 354                 return ERR_PTR(-ENXIO);
 355         }
 356
 357         if (is_ram == REGION_INTERSECTS)
 358                 return __va(res->start);
 359
 360         if (!pgmap->ref)
 361                 return ERR_PTR(-EINVAL);
 362
 363         pgmap->dev = dev;
 364
 365         mutex_lock(&pgmap_lock);
 366         error = 0;
 367         align_end = align_start + align_size - 1;
 368
 369         foreach_order_pgoff(res, order, pgoff) {
 370                 error = __radix_tree_insert(&pgmap_radix,
 371                                 PHYS_PFN(res->start) + pgoff, order, pgmap);
 372                 if (error) {
 373                         dev_err(dev, "%s: failed: %d\n", __func__, error);
 374                         break;
 375                 }
 376         }
 377         mutex_unlock(&pgmap_lock);
 378         if (error)
 379                 goto err_radix;
 380
 381         nid = dev_to_node(dev);
 382         if (nid < 0)
 383                 nid = numa_mem_id();
 384
 385         error = track_pfn_remap(NULL, &pgprot, PHYS_PFN(align_start), 0,
 386                         align_size);
 387         if (error)
 388                 goto err_pfn_remap;
 389
 390         mem_hotplug_begin();
 391         error = arch_add_memory(nid, align_start, align_size, altmap, false);
 392         if (!error)
 393                 move_pfn_range_to_zone(&NODE_DATA(nid)->node_zones[ZONE_DEVICE],
 394                                         align_start >> PAGE_SHIFT,
 395                                         align_size >> PAGE_SHIFT, altmap);
 396         mem_hotplug_done();
 397         if (error)
 398                 goto err_add_memory;
 399
 400         for_each_device_pfn(pfn, pgmap) {
 401                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
 402
 403                 /*
 404                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
 405                  * pointer.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is ever
 406                  * freed or placed on a driver-private list.  Seed the
 407                  * storage with LIST_POISON* values.
 408                  */
 409                 list_del(&page->lru);
 410                 page->pgmap = pgmap;
 411                 percpu_ref_get(pgmap->ref);
 412                 if (!(++i % 1024))
 413                         cond_resched();
 414         }
 415
 416         devm_add_action(dev, devm_memremap_pages_release, pgmap);
 417
 418         return __va(res->start);
 419
 420  err_add_memory:
 421         untrack_pfn(NULL, PHYS_PFN(align_start), align_size);
 422  err_pfn_remap:
 423  err_radix:
 424         pgmap_radix_release(res, pgoff);
 425         devres_free(pgmap);
 426         return ERR_PTR(error);
 427 }
 428 EXPORT_SYMBOL(devm_memremap_pages);
 429
 430 unsigned long vmem_altmap_offset(struct vmem_altmap *altmap)
 431 {
 432         /* number of pfns from base where pfn_to_page() is valid */
 433         return altmap->reserve + altmap->free;
 434 }
 435
 436 void vmem_altmap_free(struct vmem_altmap *altmap, unsigned long nr_pfns)
 437 {
 438         altmap->alloc -= nr_pfns;
 439 }
 440
 441 /**
 442  * get_dev_pagemap() - take a new live reference on the dev_pagemap for @pfn
 443  * @pfn: page frame number to lookup page_map
 444  * @pgmap: optional known pgmap that already has a reference
 445  *
 446  * If @pgmap is non-NULL and covers @pfn it will be returned as-is.  If @pgmap
 447  * is non-NULL but does not cover @pfn the reference to it will be released.
 448  */
 449 struct dev_pagemap *get_dev_pagemap(unsigned long pfn,
 450                 struct dev_pagemap *pgmap)
 451 {
 452         resource_size_t phys = PFN_PHYS(pfn);
 453
 454         /*
 455          * In the cached case we're already holding a live reference.
 456          */
 457         if (pgmap) {
 458                 if (phys >= pgmap->res.start && phys <= pgmap->res.end)
 459                         return pgmap;
 460                 put_dev_pagemap(pgmap);
 461         }
 462
 463         /* fall back to slow path lookup */
 464         rcu_read_lock();
 465         pgmap = radix_tree_lookup(&pgmap_radix, PHYS_PFN(phys));
 466         if (pgmap && !percpu_ref_tryget_live(pgmap->ref))
 467                 pgmap = NULL;
 468         rcu_read_unlock();
 469
 470         return pgmap;
 471 }
 472 #endif /* CONFIG_ZONE_DEVICE */
 473
 474 #if IS_ENABLED(CONFIG_DEVICE_PRIVATE) ||  IS_ENABLED(CONFIG_DEVICE_PUBLIC)
 475 void put_zone_device_private_or_public_page(struct page *page)
 476 {
 477         int count = page_ref_dec_return(page);
 478
 479         /*
 480          * If refcount is 1 then page is freed and refcount is stable as nobody
 481          * holds a reference on the page.
 482          */
 483         if (count == 1) {
 484                 /* Clear Active bit in case of parallel mark_page_accessed */
 485                 __ClearPageActive(page);
 486                 __ClearPageWaiters(page);
 487
 488                 page->mapping = NULL;
 489                 mem_cgroup_uncharge(page);
 490
 491                 page->pgmap->page_free(page, page->pgmap->data);
 492         } else if (!count)
 493                 __put_page(page);
 494 }
 495 EXPORT_SYMBOL(put_zone_device_private_or_public_page);
 496 #endif /* CONFIG_DEVICE_PRIVATE || CONFIG_DEVICE_PUBLIC */