mm/mmu_notifier.c

   1 /*
   2  *  linux/mm/mmu_notifier.c
   3  *
   4  *  Copyright (C) 2008  Qumranet, Inc.
   5  *  Copyright (C) 2008  SGI
   6  *             Christoph Lameter <cl@linux.com>
   7  *
   8  *  This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2. See
   9  *  the COPYING file in the top-level directory.
  10  */
  11
  12 #include <linux/rculist.h>
  13 #include <linux/mmu_notifier.h>
  14 #include <linux/export.h>
  15 #include <linux/mm.h>
  16 #include <linux/err.h>
  17 #include <linux/srcu.h>
  18 #include <linux/rcupdate.h>
  19 #include <linux/sched.h>
  20 #include <linux/sched/mm.h>
  21 #include <linux/slab.h>
  22
  23 /* global SRCU for all MMs */
  24 DEFINE_STATIC_SRCU(srcu);
  25
  26 /*
  27  * This function allows mmu_notifier::release callback to delay a call to
  28  * a function that will free appropriate resources. The function must be
  29  * quick and must not block.
  30  */
  31 void mmu_notifier_call_srcu(struct rcu_head *rcu,
  32                             void (*func)(struct rcu_head *rcu))
  33 {
  34         call_srcu(&srcu, rcu, func);
  35 }
  36 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_notifier_call_srcu);
  37
  38 /*
  39  * This function can't run concurrently against mmu_notifier_register
  40  * because mm->mm_users > 0 during mmu_notifier_register and exit_mmap
  41  * runs with mm_users == 0. Other tasks may still invoke mmu notifiers
  42  * in parallel despite there being no task using this mm any more,
  43  * through the vmas outside of the exit_mmap context, such as with
  44  * vmtruncate. This serializes against mmu_notifier_unregister with
  45  * the mmu_notifier_mm->lock in addition to SRCU and it serializes
  46  * against the other mmu notifiers with SRCU. struct mmu_notifier_mm
  47  * can't go away from under us as exit_mmap holds an mm_count pin
  48  * itself.
  49  */
  50 void __mmu_notifier_release(struct mm_struct *mm)
  51 {
  52         struct mmu_notifier *mn;
  53         int id;
  54
  55         /*
  56          * SRCU here will block mmu_notifier_unregister until
  57          * ->release returns.
  58          */
  59         id = srcu_read_lock(&srcu);
  60         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist)
  61                 /*
  62                  * If ->release runs before mmu_notifier_unregister it must be
  63                  * handled, as it's the only way for the driver to flush all
  64                  * existing sptes and stop the driver from establishing any more
  65                  * sptes before all the pages in the mm are freed.
  66                  */
  67                 if (mn->ops->release)
  68                         mn->ops->release(mn, mm);
  69
  70         spin_lock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
  71         while (unlikely(!hlist_empty(&mm->mmu_notifier_mm->list))) {
  72                 mn = hlist_entry(mm->mmu_notifier_mm->list.first,
  73                                  struct mmu_notifier,
  74                                  hlist);
  75                 /*
  76                  * We arrived before mmu_notifier_unregister so
  77                  * mmu_notifier_unregister will do nothing other than to wait
  78                  * for ->release to finish and for mmu_notifier_unregister to
  79                  * return.
  80                  */
  81                 hlist_del_init_rcu(&mn->hlist);
  82         }
  83         spin_unlock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
  84         srcu_read_unlock(&srcu, id);
  85
  86         /*
  87          * synchronize_srcu here prevents mmu_notifier_release from returning to
  88          * exit_mmap (which would proceed with freeing all pages in the mm)
  89          * until the ->release method returns, if it was invoked by
  90          * mmu_notifier_unregister.
  91          *
  92          * The mmu_notifier_mm can't go away from under us because one mm_count
  93          * is held by exit_mmap.
  94          */
  95         synchronize_srcu(&srcu);
  96 }
  97
  98 /*
  99  * If no young bitflag is supported by the hardware, ->clear_flush_young can
 100  * unmap the address and return 1 or 0 depending if the mapping previously
 101  * existed or not.
 102  */
 103 int __mmu_notifier_clear_flush_young(struct mm_struct *mm,
 104                                         unsigned long start,
 105                                         unsigned long end)
 106 {
 107         struct mmu_notifier *mn;
 108         int young = 0, id;
 109
 110         id = srcu_read_lock(&srcu);
 111         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist) {
 112                 if (mn->ops->clear_flush_young)
 113                         young |= mn->ops->clear_flush_young(mn, mm, start, end);
 114         }
 115         srcu_read_unlock(&srcu, id);
 116
 117         return young;
 118 }
 119
 120 int __mmu_notifier_clear_young(struct mm_struct *mm,
 121                                unsigned long start,
 122                                unsigned long end)
 123 {
 124         struct mmu_notifier *mn;
 125         int young = 0, id;
 126
 127         id = srcu_read_lock(&srcu);
 128         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist) {
 129                 if (mn->ops->clear_young)
 130                         young |= mn->ops->clear_young(mn, mm, start, end);
 131         }
 132         srcu_read_unlock(&srcu, id);
 133
 134         return young;
 135 }
 136
 137 int __mmu_notifier_test_young(struct mm_struct *mm,
 138                               unsigned long address)
 139 {
 140         struct mmu_notifier *mn;
 141         int young = 0, id;
 142
 143         id = srcu_read_lock(&srcu);
 144         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist) {
 145                 if (mn->ops->test_young) {
 146                         young = mn->ops->test_young(mn, mm, address);
 147                         if (young)
 148                                 break;
 149                 }
 150         }
 151         srcu_read_unlock(&srcu, id);
 152
 153         return young;
 154 }
 155
 156 void __mmu_notifier_change_pte(struct mm_struct *mm, unsigned long address,
 157                                pte_t pte)
 158 {
 159         struct mmu_notifier *mn;
 160         int id;
 161
 162         id = srcu_read_lock(&srcu);
 163         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist) {
 164                 if (mn->ops->change_pte)
 165                         mn->ops->change_pte(mn, mm, address, pte);
 166         }
 167         srcu_read_unlock(&srcu, id);
 168 }
 169
 170 int __mmu_notifier_invalidate_range_start(struct mm_struct *mm,
 171                                   unsigned long start, unsigned long end,
 172                                   bool blockable)
 173 {
 174         struct mmu_notifier *mn;
 175         int ret = 0;
 176         int id;
 177
 178         id = srcu_read_lock(&srcu);
 179         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist) {
 180                 if (mn->ops->invalidate_range_start) {
 181                         int _ret = mn->ops->invalidate_range_start(mn, mm, start, end, blockable);
 182                         if (_ret) {
 183                                 pr_info("%pS callback failed with %d in %sblockable context.\n",
 184                                                 mn->ops->invalidate_range_start, _ret,
 185                                                 !blockable ? "non-" : "");
 186                                 ret = _ret;
 187                         }
 188                 }
 189         }
 190         srcu_read_unlock(&srcu, id);
 191
 192         return ret;
 193 }
 194 EXPORT_SYMBOL_GPL(__mmu_notifier_invalidate_range_start);
 195
 196 void __mmu_notifier_invalidate_range_end(struct mm_struct *mm,
 197                                          unsigned long start,
 198                                          unsigned long end,
 199                                          bool only_end)
 200 {
 201         struct mmu_notifier *mn;
 202         int id;
 203
 204         id = srcu_read_lock(&srcu);
 205         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist) {
 206                 /*
 207                  * Call invalidate_range here too to avoid the need for the
 208                  * subsystem of having to register an invalidate_range_end
 209                  * call-back when there is invalidate_range already. Usually a
 210                  * subsystem registers either invalidate_range_start()/end() or
 211                  * invalidate_range(), so this will be no additional overhead
 212                  * (besides the pointer check).
 213                  *
 214                  * We skip call to invalidate_range() if we know it is safe ie
 215                  * call site use mmu_notifier_invalidate_range_only_end() which
 216                  * is safe to do when we know that a call to invalidate_range()
 217                  * already happen under page table lock.
 218                  */
 219                 if (!only_end && mn->ops->invalidate_range)
 220                         mn->ops->invalidate_range(mn, mm, start, end);
 221                 if (mn->ops->invalidate_range_end)
 222                         mn->ops->invalidate_range_end(mn, mm, start, end);
 223         }
 224         srcu_read_unlock(&srcu, id);
 225 }
 226 EXPORT_SYMBOL_GPL(__mmu_notifier_invalidate_range_end);
 227
 228 void __mmu_notifier_invalidate_range(struct mm_struct *mm,
 229                                   unsigned long start, unsigned long end)
 230 {
 231         struct mmu_notifier *mn;
 232         int id;
 233
 234         id = srcu_read_lock(&srcu);
 235         hlist_for_each_entry_rcu(mn, &mm->mmu_notifier_mm->list, hlist) {
 236                 if (mn->ops->invalidate_range)
 237                         mn->ops->invalidate_range(mn, mm, start, end);
 238         }
 239         srcu_read_unlock(&srcu, id);
 240 }
 241 EXPORT_SYMBOL_GPL(__mmu_notifier_invalidate_range);
 242
 243 static int do_mmu_notifier_register(struct mmu_notifier *mn,
 244                                     struct mm_struct *mm,
 245                                     int take_mmap_sem)
 246 {
 247         struct mmu_notifier_mm *mmu_notifier_mm;
 248         int ret;
 249
 250         BUG_ON(atomic_read(&mm->mm_users) <= 0);
 251
 252         ret = -ENOMEM;
 253         mmu_notifier_mm = kmalloc(sizeof(struct mmu_notifier_mm), GFP_KERNEL);
 254         if (unlikely(!mmu_notifier_mm))
 255                 goto out;
 256
 257         if (take_mmap_sem)
 258                 down_write(&mm->mmap_sem);
 259         ret = mm_take_all_locks(mm);
 260         if (unlikely(ret))
 261                 goto out_clean;
 262
 263         if (!mm_has_notifiers(mm)) {
 264                 INIT_HLIST_HEAD(&mmu_notifier_mm->list);
 265                 spin_lock_init(&mmu_notifier_mm->lock);
 266
 267                 mm->mmu_notifier_mm = mmu_notifier_mm;
 268                 mmu_notifier_mm = NULL;
 269         }
 270         mmgrab(mm);
 271
 272         /*
 273          * Serialize the update against mmu_notifier_unregister. A
 274          * side note: mmu_notifier_release can't run concurrently with
 275          * us because we hold the mm_users pin (either implicitly as
 276          * current->mm or explicitly with get_task_mm() or similar).
 277          * We can't race against any other mmu notifier method either
 278          * thanks to mm_take_all_locks().
 279          */
 280         spin_lock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
 281         hlist_add_head(&mn->hlist, &mm->mmu_notifier_mm->list);
 282         spin_unlock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
 283
 284         mm_drop_all_locks(mm);
 285 out_clean:
 286         if (take_mmap_sem)
 287                 up_write(&mm->mmap_sem);
 288         kfree(mmu_notifier_mm);
 289 out:
 290         BUG_ON(atomic_read(&mm->mm_users) <= 0);
 291         return ret;
 292 }
 293
 294 /*
 295  * Must not hold mmap_sem nor any other VM related lock when calling
 296  * this registration function. Must also ensure mm_users can't go down
 297  * to zero while this runs to avoid races with mmu_notifier_release,
 298  * so mm has to be current->mm or the mm should be pinned safely such
 299  * as with get_task_mm(). If the mm is not current->mm, the mm_users
 300  * pin should be released by calling mmput after mmu_notifier_register
 301  * returns. mmu_notifier_unregister must be always called to
 302  * unregister the notifier. mm_count is automatically pinned to allow
 303  * mmu_notifier_unregister to safely run at any time later, before or
 304  * after exit_mmap. ->release will always be called before exit_mmap
 305  * frees the pages.
 306  */
 307 int mmu_notifier_register(struct mmu_notifier *mn, struct mm_struct *mm)
 308 {
 309         return do_mmu_notifier_register(mn, mm, 1);
 310 }
 311 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_notifier_register);
 312
 313 /*
 314  * Same as mmu_notifier_register but here the caller must hold the
 315  * mmap_sem in write mode.
 316  */
 317 int __mmu_notifier_register(struct mmu_notifier *mn, struct mm_struct *mm)
 318 {
 319         return do_mmu_notifier_register(mn, mm, 0);
 320 }
 321 EXPORT_SYMBOL_GPL(__mmu_notifier_register);
 322
 323 /* this is called after the last mmu_notifier_unregister() returned */
 324 void __mmu_notifier_mm_destroy(struct mm_struct *mm)
 325 {
 326         BUG_ON(!hlist_empty(&mm->mmu_notifier_mm->list));
 327         kfree(mm->mmu_notifier_mm);
 328         mm->mmu_notifier_mm = LIST_POISON1; /* debug */
 329 }
 330
 331 /*
 332  * This releases the mm_count pin automatically and frees the mm
 333  * structure if it was the last user of it. It serializes against
 334  * running mmu notifiers with SRCU and against mmu_notifier_unregister
 335  * with the unregister lock + SRCU. All sptes must be dropped before
 336  * calling mmu_notifier_unregister. ->release or any other notifier
 337  * method may be invoked concurrently with mmu_notifier_unregister,
 338  * and only after mmu_notifier_unregister returned we're guaranteed
 339  * that ->release or any other method can't run anymore.
 340  */
 341 void mmu_notifier_unregister(struct mmu_notifier *mn, struct mm_struct *mm)
 342 {
 343         BUG_ON(atomic_read(&mm->mm_count) <= 0);
 344
 345         if (!hlist_unhashed(&mn->hlist)) {
 346                 /*
 347                  * SRCU here will force exit_mmap to wait for ->release to
 348                  * finish before freeing the pages.
 349                  */
 350                 int id;
 351
 352                 id = srcu_read_lock(&srcu);
 353                 /*
 354                  * exit_mmap will block in mmu_notifier_release to guarantee
 355                  * that ->release is called before freeing the pages.
 356                  */
 357                 if (mn->ops->release)
 358                         mn->ops->release(mn, mm);
 359                 srcu_read_unlock(&srcu, id);
 360
 361                 spin_lock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
 362                 /*
 363                  * Can not use list_del_rcu() since __mmu_notifier_release
 364                  * can delete it before we hold the lock.
 365                  */
 366                 hlist_del_init_rcu(&mn->hlist);
 367                 spin_unlock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
 368         }
 369
 370         /*
 371          * Wait for any running method to finish, of course including
 372          * ->release if it was run by mmu_notifier_release instead of us.
 373          */
 374         synchronize_srcu(&srcu);
 375
 376         BUG_ON(atomic_read(&mm->mm_count) <= 0);
 377
 378         mmdrop(mm);
 379 }
 380 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_notifier_unregister);
 381
 382 /*
 383  * Same as mmu_notifier_unregister but no callback and no srcu synchronization.
 384  */
 385 void mmu_notifier_unregister_no_release(struct mmu_notifier *mn,
 386                                         struct mm_struct *mm)
 387 {
 388         spin_lock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
 389         /*
 390          * Can not use list_del_rcu() since __mmu_notifier_release
 391          * can delete it before we hold the lock.
 392          */
 393         hlist_del_init_rcu(&mn->hlist);
 394         spin_unlock(&mm->mmu_notifier_mm->lock);
 395
 396         BUG_ON(atomic_read(&mm->mm_count) <= 0);
 397         mmdrop(mm);
 398 }
 399 EXPORT_SYMBOL_GPL(mmu_notifier_unregister_no_release);