arch/x86/mm/pat.c

   1 /*
   2  * Handle caching attributes in page tables (PAT)
   3  *
   4  * Authors: Venkatesh Pallipadi <venkatesh.pallipadi@intel.com>
   5  *          Suresh B Siddha <suresh.b.siddha@intel.com>
   6  *
   7  * Loosely based on earlier PAT patchset from Eric Biederman and Andi Kleen.
   8  */
   9
  10 #include <linux/seq_file.h>
  11 #include <linux/bootmem.h>
  12 #include <linux/debugfs.h>
  13 #include <linux/kernel.h>
  14 #include <linux/module.h>
  15 #include <linux/slab.h>
  16 #include <linux/mm.h>
  17 #include <linux/fs.h>
  18 #include <linux/rbtree.h>
  19
  20 #include <asm/cacheflush.h>
  21 #include <asm/processor.h>
  22 #include <asm/tlbflush.h>
  23 #include <asm/x86_init.h>
  24 #include <asm/pgtable.h>
  25 #include <asm/fcntl.h>
  26 #include <asm/e820.h>
  27 #include <asm/mtrr.h>
  28 #include <asm/page.h>
  29 #include <asm/msr.h>
  30 #include <asm/pat.h>
  31 #include <asm/io.h>
  32
  33 #include "pat_internal.h"
  34 #include "mm_internal.h"
  35
  36 #undef pr_fmt
  37 #define pr_fmt(fmt) "" fmt
  38
  39 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  40 int __read_mostly pat_enabled = 1;
  41
  42 static inline void pat_disable(const char *reason)
  43 {
  44         pat_enabled = 0;
  45         pr_info("x86/PAT: %s\n", reason);
  46 }
  47
  48 static int __init nopat(char *str)
  49 {
  50         pat_disable("PAT support disabled.");
  51         return 0;
  52 }
  53 early_param("nopat", nopat);
  54 #else
  55 static inline void pat_disable(const char *reason)
  56 {
  57         (void)reason;
  58 }
  59 #endif
  60
  61
  62 int pat_debug_enable;
  63
  64 static int __init pat_debug_setup(char *str)
  65 {
  66         pat_debug_enable = 1;
  67         return 0;
  68 }
  69 __setup("debugpat", pat_debug_setup);
  70
  71 static u64 __read_mostly boot_pat_state;
  72
  73 #ifdef CONFIG_X86_PAT
  74 /*
  75  * X86 PAT uses page flags WC and Uncached together to keep track of
  76  * memory type of pages that have backing page struct. X86 PAT supports 3
  77  * different memory types, _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC and
  78  * _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS and fourth state where page's memory type has not
  79  * been changed from its default (value of -1 used to denote this).
  80  * Note we do not support _PAGE_CACHE_MODE_UC here.
  81  */
  82
  83 #define _PGMT_DEFAULT           0
  84 #define _PGMT_WC                (1UL << PG_arch_1)
  85 #define _PGMT_UC_MINUS          (1UL << PG_uncached)
  86 #define _PGMT_WB                (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
  87 #define _PGMT_MASK              (1UL << PG_uncached | 1UL << PG_arch_1)
  88 #define _PGMT_CLEAR_MASK        (~_PGMT_MASK)
  89
  90 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
  91 {
  92         unsigned long pg_flags = pg->flags & _PGMT_MASK;
  93
  94         if (pg_flags == _PGMT_DEFAULT)
  95                 return -1;
  96         else if (pg_flags == _PGMT_WC)
  97                 return _PAGE_CACHE_MODE_WC;
  98         else if (pg_flags == _PGMT_UC_MINUS)
  99                 return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 100         else
 101                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 102 }
 103
 104 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 105                                     enum page_cache_mode memtype)
 106 {
 107         unsigned long memtype_flags;
 108         unsigned long old_flags;
 109         unsigned long new_flags;
 110
 111         switch (memtype) {
 112         case _PAGE_CACHE_MODE_WC:
 113                 memtype_flags = _PGMT_WC;
 114                 break;
 115         case _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS:
 116                 memtype_flags = _PGMT_UC_MINUS;
 117                 break;
 118         case _PAGE_CACHE_MODE_WB:
 119                 memtype_flags = _PGMT_WB;
 120                 break;
 121         default:
 122                 memtype_flags = _PGMT_DEFAULT;
 123                 break;
 124         }
 125
 126         do {
 127                 old_flags = pg->flags;
 128                 new_flags = (old_flags & _PGMT_CLEAR_MASK) | memtype_flags;
 129         } while (cmpxchg(&pg->flags, old_flags, new_flags) != old_flags);
 130 }
 131 #else
 132 static inline enum page_cache_mode get_page_memtype(struct page *pg)
 133 {
 134         return -1;
 135 }
 136 static inline void set_page_memtype(struct page *pg,
 137                                     enum page_cache_mode memtype)
 138 {
 139 }
 140 #endif
 141
 142 enum {
 143         PAT_UC = 0,             /* uncached */
 144         PAT_WC = 1,             /* Write combining */
 145         PAT_WT = 4,             /* Write Through */
 146         PAT_WP = 5,             /* Write Protected */
 147         PAT_WB = 6,             /* Write Back (default) */
 148         PAT_UC_MINUS = 7,       /* UC, but can be overriden by MTRR */
 149 };
 150
 151 #define CM(c) (_PAGE_CACHE_MODE_ ## c)
 152
 153 static enum page_cache_mode pat_get_cache_mode(unsigned pat_val, char *msg)
 154 {
 155         enum page_cache_mode cache;
 156         char *cache_mode;
 157
 158         switch (pat_val) {
 159         case PAT_UC:       cache = CM(UC);       cache_mode = "UC  "; break;
 160         case PAT_WC:       cache = CM(WC);       cache_mode = "WC  "; break;
 161         case PAT_WT:       cache = CM(WT);       cache_mode = "WT  "; break;
 162         case PAT_WP:       cache = CM(WP);       cache_mode = "WP  "; break;
 163         case PAT_WB:       cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 164         case PAT_UC_MINUS: cache = CM(UC_MINUS); cache_mode = "UC- "; break;
 165         default:           cache = CM(WB);       cache_mode = "WB  "; break;
 166         }
 167
 168         memcpy(msg, cache_mode, 4);
 169
 170         return cache;
 171 }
 172
 173 #undef CM
 174
 175 /*
 176  * Update the cache mode to pgprot translation tables according to PAT
 177  * configuration.
 178  * Using lower indices is preferred, so we start with highest index.
 179  */
 180 void pat_init_cache_modes(void)
 181 {
 182         int i;
 183         enum page_cache_mode cache;
 184         char pat_msg[33];
 185         u64 pat;
 186
 187         rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 188         pat_msg[32] = 0;
 189         for (i = 7; i >= 0; i--) {
 190                 cache = pat_get_cache_mode((pat >> (i * 8)) & 7,
 191                                            pat_msg + 4 * i);
 192                 update_cache_mode_entry(i, cache);
 193         }
 194         pr_info("x86/PAT: Configuration [0-7]: %s\n", pat_msg);
 195 }
 196
 197 #define PAT(x, y)       ((u64)PAT_ ## y << ((x)*8))
 198
 199 void pat_init(void)
 200 {
 201         u64 pat;
 202         bool boot_cpu = !boot_pat_state;
 203
 204         if (!pat_enabled)
 205                 return;
 206
 207         if (!cpu_has_pat) {
 208                 if (!boot_pat_state) {
 209                         pat_disable("PAT not supported by CPU.");
 210                         return;
 211                 } else {
 212                         /*
 213                          * If this happens we are on a secondary CPU, but
 214                          * switched to PAT on the boot CPU. We have no way to
 215                          * undo PAT.
 216                          */
 217                         pr_err("x86/PAT: PAT enabled, but not supported by secondary CPU\n");
 218                         BUG();
 219                 }
 220         }
 221
 222         /* Set PWT to Write-Combining. All other bits stay the same */
 223         /*
 224          * PTE encoding used in Linux:
 225          *      PAT
 226          *      |PCD
 227          *      ||PWT
 228          *      |||
 229          *      000 WB          _PAGE_CACHE_WB
 230          *      001 WC          _PAGE_CACHE_WC
 231          *      010 UC-         _PAGE_CACHE_UC_MINUS
 232          *      011 UC          _PAGE_CACHE_UC
 233          * PAT bit unused
 234          */
 235         pat = PAT(0, WB) | PAT(1, WC) | PAT(2, UC_MINUS) | PAT(3, UC) |
 236               PAT(4, WB) | PAT(5, WC) | PAT(6, UC_MINUS) | PAT(7, UC);
 237
 238         /* Boot CPU check */
 239         if (!boot_pat_state) {
 240                 rdmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, boot_pat_state);
 241                 if (!boot_pat_state) {
 242                         pat_disable("PAT read returns always zero, disabled.");
 243                         return;
 244                 }
 245         }
 246
 247         wrmsrl(MSR_IA32_CR_PAT, pat);
 248
 249         if (boot_cpu)
 250                 pat_init_cache_modes();
 251 }
 252
 253 #undef PAT
 254
 255 static DEFINE_SPINLOCK(memtype_lock);   /* protects memtype accesses */
 256
 257 /*
 258  * Does intersection of PAT memory type and MTRR memory type and returns
 259  * the resulting memory type as PAT understands it.
 260  * (Type in pat and mtrr will not have same value)
 261  * The intersection is based on "Effective Memory Type" tables in IA-32
 262  * SDM vol 3a
 263  */
 264 static unsigned long pat_x_mtrr_type(u64 start, u64 end,
 265                                      enum page_cache_mode req_type)
 266 {
 267         /*
 268          * Look for MTRR hint to get the effective type in case where PAT
 269          * request is for WB.
 270          */
 271         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WB) {
 272                 u8 mtrr_type, uniform;
 273
 274                 mtrr_type = mtrr_type_lookup(start, end, &uniform);
 275                 if (mtrr_type != MTRR_TYPE_WRBACK)
 276                         return _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 277
 278                 return _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 279         }
 280
 281         return req_type;
 282 }
 283
 284 struct pagerange_state {
 285         unsigned long           cur_pfn;
 286         int                     ram;
 287         int                     not_ram;
 288 };
 289
 290 static int
 291 pagerange_is_ram_callback(unsigned long initial_pfn, unsigned long total_nr_pages, void *arg)
 292 {
 293         struct pagerange_state *state = arg;
 294
 295         state->not_ram  |= initial_pfn > state->cur_pfn;
 296         state->ram      |= total_nr_pages > 0;
 297         state->cur_pfn   = initial_pfn + total_nr_pages;
 298
 299         return state->ram && state->not_ram;
 300 }
 301
 302 static int pat_pagerange_is_ram(resource_size_t start, resource_size_t end)
 303 {
 304         int ret = 0;
 305         unsigned long start_pfn = start >> PAGE_SHIFT;
 306         unsigned long end_pfn = (end + PAGE_SIZE - 1) >> PAGE_SHIFT;
 307         struct pagerange_state state = {start_pfn, 0, 0};
 308
 309         /*
 310          * For legacy reasons, physical address range in the legacy ISA
 311          * region is tracked as non-RAM. This will allow users of
 312          * /dev/mem to map portions of legacy ISA region, even when
 313          * some of those portions are listed(or not even listed) with
 314          * different e820 types(RAM/reserved/..)
 315          */
 316         if (start_pfn < ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT)
 317                 start_pfn = ISA_END_ADDRESS >> PAGE_SHIFT;
 318
 319         if (start_pfn < end_pfn) {
 320                 ret = walk_system_ram_range(start_pfn, end_pfn - start_pfn,
 321                                 &state, pagerange_is_ram_callback);
 322         }
 323
 324         return (ret > 0) ? -1 : (state.ram ? 1 : 0);
 325 }
 326
 327 /*
 328  * For RAM pages, we use page flags to mark the pages with appropriate type.
 329  * Here we do two pass:
 330  * - Find the memtype of all the pages in the range, look for any conflicts
 331  * - In case of no conflicts, set the new memtype for pages in the range
 332  */
 333 static int reserve_ram_pages_type(u64 start, u64 end,
 334                                   enum page_cache_mode req_type,
 335                                   enum page_cache_mode *new_type)
 336 {
 337         struct page *page;
 338         u64 pfn;
 339
 340         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_UC) {
 341                 /* We do not support strong UC */
 342                 WARN_ON_ONCE(1);
 343                 req_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 344         }
 345
 346         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 347                 enum page_cache_mode type;
 348
 349                 page = pfn_to_page(pfn);
 350                 type = get_page_memtype(page);
 351                 if (type != -1) {
 352                         pr_info("x86/PAT: reserve_ram_pages_type failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track 0x%x, req 0x%x\n",
 353                                 start, end - 1, type, req_type);
 354                         if (new_type)
 355                                 *new_type = type;
 356
 357                         return -EBUSY;
 358                 }
 359         }
 360
 361         if (new_type)
 362                 *new_type = req_type;
 363
 364         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 365                 page = pfn_to_page(pfn);
 366                 set_page_memtype(page, req_type);
 367         }
 368         return 0;
 369 }
 370
 371 static int free_ram_pages_type(u64 start, u64 end)
 372 {
 373         struct page *page;
 374         u64 pfn;
 375
 376         for (pfn = (start >> PAGE_SHIFT); pfn < (end >> PAGE_SHIFT); ++pfn) {
 377                 page = pfn_to_page(pfn);
 378                 set_page_memtype(page, -1);
 379         }
 380         return 0;
 381 }
 382
 383 /*
 384  * req_type typically has one of the:
 385  * - _PAGE_CACHE_MODE_WB
 386  * - _PAGE_CACHE_MODE_WC
 387  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 388  * - _PAGE_CACHE_MODE_UC
 389  *
 390  * If new_type is NULL, function will return an error if it cannot reserve the
 391  * region with req_type. If new_type is non-NULL, function will return
 392  * available type in new_type in case of no error. In case of any error
 393  * it will return a negative return value.
 394  */
 395 int reserve_memtype(u64 start, u64 end, enum page_cache_mode req_type,
 396                     enum page_cache_mode *new_type)
 397 {
 398         struct memtype *new;
 399         enum page_cache_mode actual_type;
 400         int is_range_ram;
 401         int err = 0;
 402
 403         BUG_ON(start >= end); /* end is exclusive */
 404
 405         if (!pat_enabled) {
 406                 /* This is identical to page table setting without PAT */
 407                 if (new_type) {
 408                         if (req_type == _PAGE_CACHE_MODE_WC)
 409                                 *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 410                         else
 411                                 *new_type = req_type;
 412                 }
 413                 return 0;
 414         }
 415
 416         /* Low ISA region is always mapped WB in page table. No need to track */
 417         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end)) {
 418                 if (new_type)
 419                         *new_type = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 420                 return 0;
 421         }
 422
 423         /*
 424          * Call mtrr_lookup to get the type hint. This is an
 425          * optimization for /dev/mem mmap'ers into WB memory (BIOS
 426          * tools and ACPI tools). Use WB request for WB memory and use
 427          * UC_MINUS otherwise.
 428          */
 429         actual_type = pat_x_mtrr_type(start, end, req_type);
 430
 431         if (new_type)
 432                 *new_type = actual_type;
 433
 434         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 435         if (is_range_ram == 1) {
 436
 437                 err = reserve_ram_pages_type(start, end, req_type, new_type);
 438
 439                 return err;
 440         } else if (is_range_ram < 0) {
 441                 return -EINVAL;
 442         }
 443
 444         new  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 445         if (!new)
 446                 return -ENOMEM;
 447
 448         new->start      = start;
 449         new->end        = end;
 450         new->type       = actual_type;
 451
 452         spin_lock(&memtype_lock);
 453
 454         err = rbt_memtype_check_insert(new, new_type);
 455         if (err) {
 456                 pr_info("x86/PAT: reserve_memtype failed [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s\n",
 457                         start, end - 1,
 458                         cattr_name(new->type), cattr_name(req_type));
 459                 kfree(new);
 460                 spin_unlock(&memtype_lock);
 461
 462                 return err;
 463         }
 464
 465         spin_unlock(&memtype_lock);
 466
 467         dprintk("reserve_memtype added [mem %#010Lx-%#010Lx], track %s, req %s, ret %s\n",
 468                 start, end - 1, cattr_name(new->type), cattr_name(req_type),
 469                 new_type ? cattr_name(*new_type) : "-");
 470
 471         return err;
 472 }
 473
 474 int free_memtype(u64 start, u64 end)
 475 {
 476         int err = -EINVAL;
 477         int is_range_ram;
 478         struct memtype *entry;
 479
 480         if (!pat_enabled)
 481                 return 0;
 482
 483         /* Low ISA region is always mapped WB. No need to track */
 484         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(start, end))
 485                 return 0;
 486
 487         is_range_ram = pat_pagerange_is_ram(start, end);
 488         if (is_range_ram == 1) {
 489
 490                 err = free_ram_pages_type(start, end);
 491
 492                 return err;
 493         } else if (is_range_ram < 0) {
 494                 return -EINVAL;
 495         }
 496
 497         spin_lock(&memtype_lock);
 498         entry = rbt_memtype_erase(start, end);
 499         spin_unlock(&memtype_lock);
 500
 501         if (!entry) {
 502                 pr_info("x86/PAT: %s:%d freeing invalid memtype [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 503                         current->comm, current->pid, start, end - 1);
 504                 return -EINVAL;
 505         }
 506
 507         kfree(entry);
 508
 509         dprintk("free_memtype request [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", start, end - 1);
 510
 511         return 0;
 512 }
 513
 514
 515 /**
 516  * lookup_memtype - Looksup the memory type for a physical address
 517  * @paddr: physical address of which memory type needs to be looked up
 518  *
 519  * Only to be called when PAT is enabled
 520  *
 521  * Returns _PAGE_CACHE_MODE_WB, _PAGE_CACHE_MODE_WC, _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS
 522  * or _PAGE_CACHE_MODE_UC
 523  */
 524 static enum page_cache_mode lookup_memtype(u64 paddr)
 525 {
 526         enum page_cache_mode rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 527         struct memtype *entry;
 528
 529         if (x86_platform.is_untracked_pat_range(paddr, paddr + PAGE_SIZE))
 530                 return rettype;
 531
 532         if (pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + PAGE_SIZE)) {
 533                 struct page *page;
 534                 page = pfn_to_page(paddr >> PAGE_SHIFT);
 535                 rettype = get_page_memtype(page);
 536                 /*
 537                  * -1 from get_page_memtype() implies RAM page is in its
 538                  * default state and not reserved, and hence of type WB
 539                  */
 540                 if (rettype == -1)
 541                         rettype = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 542
 543                 return rettype;
 544         }
 545
 546         spin_lock(&memtype_lock);
 547
 548         entry = rbt_memtype_lookup(paddr);
 549         if (entry != NULL)
 550                 rettype = entry->type;
 551         else
 552                 rettype = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 553
 554         spin_unlock(&memtype_lock);
 555         return rettype;
 556 }
 557
 558 /**
 559  * io_reserve_memtype - Request a memory type mapping for a region of memory
 560  * @start: start (physical address) of the region
 561  * @end: end (physical address) of the region
 562  * @type: A pointer to memtype, with requested type. On success, requested
 563  * or any other compatible type that was available for the region is returned
 564  *
 565  * On success, returns 0
 566  * On failure, returns non-zero
 567  */
 568 int io_reserve_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end,
 569                         enum page_cache_mode *type)
 570 {
 571         resource_size_t size = end - start;
 572         enum page_cache_mode req_type = *type;
 573         enum page_cache_mode new_type;
 574         int ret;
 575
 576         WARN_ON_ONCE(iomem_map_sanity_check(start, size));
 577
 578         ret = reserve_memtype(start, end, req_type, &new_type);
 579         if (ret)
 580                 goto out_err;
 581
 582         if (!is_new_memtype_allowed(start, size, req_type, new_type))
 583                 goto out_free;
 584
 585         if (kernel_map_sync_memtype(start, size, new_type) < 0)
 586                 goto out_free;
 587
 588         *type = new_type;
 589         return 0;
 590
 591 out_free:
 592         free_memtype(start, end);
 593         ret = -EBUSY;
 594 out_err:
 595         return ret;
 596 }
 597
 598 /**
 599  * io_free_memtype - Release a memory type mapping for a region of memory
 600  * @start: start (physical address) of the region
 601  * @end: end (physical address) of the region
 602  */
 603 void io_free_memtype(resource_size_t start, resource_size_t end)
 604 {
 605         free_memtype(start, end);
 606 }
 607
 608 pgprot_t phys_mem_access_prot(struct file *file, unsigned long pfn,
 609                                 unsigned long size, pgprot_t vma_prot)
 610 {
 611         return vma_prot;
 612 }
 613
 614 #ifdef CONFIG_STRICT_DEVMEM
 615 /* This check is done in drivers/char/mem.c in case of STRICT_DEVMEM */
 616 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 617 {
 618         return 1;
 619 }
 620 #else
 621 /* This check is needed to avoid cache aliasing when PAT is enabled */
 622 static inline int range_is_allowed(unsigned long pfn, unsigned long size)
 623 {
 624         u64 from = ((u64)pfn) << PAGE_SHIFT;
 625         u64 to = from + size;
 626         u64 cursor = from;
 627
 628         if (!pat_enabled)
 629                 return 1;
 630
 631         while (cursor < to) {
 632                 if (!devmem_is_allowed(pfn)) {
 633                         pr_info("x86/PAT: Program %s tried to access /dev/mem between [mem %#010Lx-%#010Lx], PAT prevents it\n",
 634                                 current->comm, from, to - 1);
 635                         return 0;
 636                 }
 637                 cursor += PAGE_SIZE;
 638                 pfn++;
 639         }
 640         return 1;
 641 }
 642 #endif /* CONFIG_STRICT_DEVMEM */
 643
 644 int phys_mem_access_prot_allowed(struct file *file, unsigned long pfn,
 645                                 unsigned long size, pgprot_t *vma_prot)
 646 {
 647         enum page_cache_mode pcm = _PAGE_CACHE_MODE_WB;
 648
 649         if (!range_is_allowed(pfn, size))
 650                 return 0;
 651
 652         if (file->f_flags & O_DSYNC)
 653                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC_MINUS;
 654
 655 #ifdef CONFIG_X86_32
 656         /*
 657          * On the PPro and successors, the MTRRs are used to set
 658          * memory types for physical addresses outside main memory,
 659          * so blindly setting UC or PWT on those pages is wrong.
 660          * For Pentiums and earlier, the surround logic should disable
 661          * caching for the high addresses through the KEN pin, but
 662          * we maintain the tradition of paranoia in this code.
 663          */
 664         if (!pat_enabled &&
 665             !(boot_cpu_has(X86_FEATURE_MTRR) ||
 666               boot_cpu_has(X86_FEATURE_K6_MTRR) ||
 667               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CYRIX_ARR) ||
 668               boot_cpu_has(X86_FEATURE_CENTAUR_MCR)) &&
 669             (pfn << PAGE_SHIFT) >= __pa(high_memory)) {
 670                 pcm = _PAGE_CACHE_MODE_UC;
 671         }
 672 #endif
 673
 674         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) & ~_PAGE_CACHE_MASK) |
 675                              cachemode2protval(pcm));
 676         return 1;
 677 }
 678
 679 /*
 680  * Change the memory type for the physial address range in kernel identity
 681  * mapping space if that range is a part of identity map.
 682  */
 683 int kernel_map_sync_memtype(u64 base, unsigned long size,
 684                             enum page_cache_mode pcm)
 685 {
 686         unsigned long id_sz;
 687
 688         if (base > __pa(high_memory-1))
 689                 return 0;
 690
 691         /*
 692          * some areas in the middle of the kernel identity range
 693          * are not mapped, like the PCI space.
 694          */
 695         if (!page_is_ram(base >> PAGE_SHIFT))
 696                 return 0;
 697
 698         id_sz = (__pa(high_memory-1) <= base + size) ?
 699                                 __pa(high_memory) - base :
 700                                 size;
 701
 702         if (ioremap_change_attr((unsigned long)__va(base), id_sz, pcm) < 0) {
 703                 pr_info("x86/PAT: %s:%d ioremap_change_attr failed %s for [mem %#010Lx-%#010Lx]\n",
 704                         current->comm, current->pid,
 705                         cattr_name(pcm),
 706                         base, (unsigned long long)(base + size-1));
 707                 return -EINVAL;
 708         }
 709         return 0;
 710 }
 711
 712 /*
 713  * Internal interface to reserve a range of physical memory with prot.
 714  * Reserved non RAM regions only and after successful reserve_memtype,
 715  * this func also keeps identity mapping (if any) in sync with this new prot.
 716  */
 717 static int reserve_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size, pgprot_t *vma_prot,
 718                                 int strict_prot)
 719 {
 720         int is_ram = 0;
 721         int ret;
 722         enum page_cache_mode want_pcm = pgprot2cachemode(*vma_prot);
 723         enum page_cache_mode pcm = want_pcm;
 724
 725         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 726
 727         /*
 728          * reserve_pfn_range() for RAM pages. We do not refcount to keep
 729          * track of number of mappings of RAM pages. We can assert that
 730          * the type requested matches the type of first page in the range.
 731          */
 732         if (is_ram) {
 733                 if (!pat_enabled)
 734                         return 0;
 735
 736                 pcm = lookup_memtype(paddr);
 737                 if (want_pcm != pcm) {
 738                         pr_warn("x86/PAT: %s:%d map pfn RAM range req %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 739                                 current->comm, current->pid,
 740                                 cattr_name(want_pcm),
 741                                 (unsigned long long)paddr,
 742                                 (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 743                                 cattr_name(pcm));
 744                         *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 745                                              (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 746                                              cachemode2protval(pcm));
 747                 }
 748                 return 0;
 749         }
 750
 751         ret = reserve_memtype(paddr, paddr + size, want_pcm, &pcm);
 752         if (ret)
 753                 return ret;
 754
 755         if (pcm != want_pcm) {
 756                 if (strict_prot ||
 757                     !is_new_memtype_allowed(paddr, size, want_pcm, pcm)) {
 758                         free_memtype(paddr, paddr + size);
 759                         pr_err("x86/PAT: %s:%d map pfn expected mapping type %s for [mem %#010Lx-%#010Lx], got %s\n",
 760                                current->comm, current->pid,
 761                                cattr_name(want_pcm),
 762                                (unsigned long long)paddr,
 763                                (unsigned long long)(paddr + size - 1),
 764                                cattr_name(pcm));
 765                         return -EINVAL;
 766                 }
 767                 /*
 768                  * We allow returning different type than the one requested in
 769                  * non strict case.
 770                  */
 771                 *vma_prot = __pgprot((pgprot_val(*vma_prot) &
 772                                       (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 773                                      cachemode2protval(pcm));
 774         }
 775
 776         if (kernel_map_sync_memtype(paddr, size, pcm) < 0) {
 777                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 778                 return -EINVAL;
 779         }
 780         return 0;
 781 }
 782
 783 /*
 784  * Internal interface to free a range of physical memory.
 785  * Frees non RAM regions only.
 786  */
 787 static void free_pfn_range(u64 paddr, unsigned long size)
 788 {
 789         int is_ram;
 790
 791         is_ram = pat_pagerange_is_ram(paddr, paddr + size);
 792         if (is_ram == 0)
 793                 free_memtype(paddr, paddr + size);
 794 }
 795
 796 /*
 797  * track_pfn_copy is called when vma that is covering the pfnmap gets
 798  * copied through copy_page_range().
 799  *
 800  * If the vma has a linear pfn mapping for the entire range, we get the prot
 801  * from pte and reserve the entire vma range with single reserve_pfn_range call.
 802  */
 803 int track_pfn_copy(struct vm_area_struct *vma)
 804 {
 805         resource_size_t paddr;
 806         unsigned long prot;
 807         unsigned long vma_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 808         pgprot_t pgprot;
 809
 810         if (vma->vm_flags & VM_PAT) {
 811                 /*
 812                  * reserve the whole chunk covered by vma. We need the
 813                  * starting address and protection from pte.
 814                  */
 815                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 816                         WARN_ON_ONCE(1);
 817                         return -EINVAL;
 818                 }
 819                 pgprot = __pgprot(prot);
 820                 return reserve_pfn_range(paddr, vma_size, &pgprot, 1);
 821         }
 822
 823         return 0;
 824 }
 825
 826 /*
 827  * prot is passed in as a parameter for the new mapping. If the vma has a
 828  * linear pfn mapping for the entire range reserve the entire vma range with
 829  * single reserve_pfn_range call.
 830  */
 831 int track_pfn_remap(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 832                     unsigned long pfn, unsigned long addr, unsigned long size)
 833 {
 834         resource_size_t paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 835         enum page_cache_mode pcm;
 836
 837         /* reserve the whole chunk starting from paddr */
 838         if (addr == vma->vm_start && size == (vma->vm_end - vma->vm_start)) {
 839                 int ret;
 840
 841                 ret = reserve_pfn_range(paddr, size, prot, 0);
 842                 if (!ret)
 843                         vma->vm_flags |= VM_PAT;
 844                 return ret;
 845         }
 846
 847         if (!pat_enabled)
 848                 return 0;
 849
 850         /*
 851          * For anything smaller than the vma size we set prot based on the
 852          * lookup.
 853          */
 854         pcm = lookup_memtype(paddr);
 855
 856         /* Check memtype for the remaining pages */
 857         while (size > PAGE_SIZE) {
 858                 size -= PAGE_SIZE;
 859                 paddr += PAGE_SIZE;
 860                 if (pcm != lookup_memtype(paddr))
 861                         return -EINVAL;
 862         }
 863
 864         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 865                          cachemode2protval(pcm));
 866
 867         return 0;
 868 }
 869
 870 int track_pfn_insert(struct vm_area_struct *vma, pgprot_t *prot,
 871                      unsigned long pfn)
 872 {
 873         enum page_cache_mode pcm;
 874
 875         if (!pat_enabled)
 876                 return 0;
 877
 878         /* Set prot based on lookup */
 879         pcm = lookup_memtype((resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT);
 880         *prot = __pgprot((pgprot_val(vma->vm_page_prot) & (~_PAGE_CACHE_MASK)) |
 881                          cachemode2protval(pcm));
 882
 883         return 0;
 884 }
 885
 886 /*
 887  * untrack_pfn is called while unmapping a pfnmap for a region.
 888  * untrack can be called for a specific region indicated by pfn and size or
 889  * can be for the entire vma (in which case pfn, size are zero).
 890  */
 891 void untrack_pfn(struct vm_area_struct *vma, unsigned long pfn,
 892                  unsigned long size)
 893 {
 894         resource_size_t paddr;
 895         unsigned long prot;
 896
 897         if (!(vma->vm_flags & VM_PAT))
 898                 return;
 899
 900         /* free the chunk starting from pfn or the whole chunk */
 901         paddr = (resource_size_t)pfn << PAGE_SHIFT;
 902         if (!paddr && !size) {
 903                 if (follow_phys(vma, vma->vm_start, 0, &prot, &paddr)) {
 904                         WARN_ON_ONCE(1);
 905                         return;
 906                 }
 907
 908                 size = vma->vm_end - vma->vm_start;
 909         }
 910         free_pfn_range(paddr, size);
 911         vma->vm_flags &= ~VM_PAT;
 912 }
 913
 914 pgprot_t pgprot_writecombine(pgprot_t prot)
 915 {
 916         if (pat_enabled)
 917                 return __pgprot(pgprot_val(prot) |
 918                                 cachemode2protval(_PAGE_CACHE_MODE_WC));
 919         else
 920                 return pgprot_noncached(prot);
 921 }
 922 EXPORT_SYMBOL_GPL(pgprot_writecombine);
 923
 924 #if defined(CONFIG_DEBUG_FS) && defined(CONFIG_X86_PAT)
 925
 926 static struct memtype *memtype_get_idx(loff_t pos)
 927 {
 928         struct memtype *print_entry;
 929         int ret;
 930
 931         print_entry  = kzalloc(sizeof(struct memtype), GFP_KERNEL);
 932         if (!print_entry)
 933                 return NULL;
 934
 935         spin_lock(&memtype_lock);
 936         ret = rbt_memtype_copy_nth_element(print_entry, pos);
 937         spin_unlock(&memtype_lock);
 938
 939         if (!ret) {
 940                 return print_entry;
 941         } else {
 942                 kfree(print_entry);
 943                 return NULL;
 944         }
 945 }
 946
 947 static void *memtype_seq_start(struct seq_file *seq, loff_t *pos)
 948 {
 949         if (*pos == 0) {
 950                 ++*pos;
 951                 seq_puts(seq, "PAT memtype list:\n");
 952         }
 953
 954         return memtype_get_idx(*pos);
 955 }
 956
 957 static void *memtype_seq_next(struct seq_file *seq, void *v, loff_t *pos)
 958 {
 959         ++*pos;
 960         return memtype_get_idx(*pos);
 961 }
 962
 963 static void memtype_seq_stop(struct seq_file *seq, void *v)
 964 {
 965 }
 966
 967 static int memtype_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
 968 {
 969         struct memtype *print_entry = (struct memtype *)v;
 970
 971         seq_printf(seq, "%s @ 0x%Lx-0x%Lx\n", cattr_name(print_entry->type),
 972                         print_entry->start, print_entry->end);
 973         kfree(print_entry);
 974
 975         return 0;
 976 }
 977
 978 static const struct seq_operations memtype_seq_ops = {
 979         .start = memtype_seq_start,
 980         .next  = memtype_seq_next,
 981         .stop  = memtype_seq_stop,
 982         .show  = memtype_seq_show,
 983 };
 984
 985 static int memtype_seq_open(struct inode *inode, struct file *file)
 986 {
 987         return seq_open(file, &memtype_seq_ops);
 988 }
 989
 990 static const struct file_operations memtype_fops = {
 991         .open    = memtype_seq_open,
 992         .read    = seq_read,
 993         .llseek  = seq_lseek,
 994         .release = seq_release,
 995 };
 996
 997 static int __init pat_memtype_list_init(void)
 998 {
 999         if (pat_enabled) {
1000                 debugfs_create_file("pat_memtype_list", S_IRUSR,
1001                                     arch_debugfs_dir, NULL, &memtype_fops);
1002         }
1003         return 0;
1004 }
1005
1006 late_initcall(pat_memtype_list_init);
1007
1008 #endif /* CONFIG_DEBUG_FS && CONFIG_X86_PAT */