arch/x86/mm/tlb.c

   1 #include <linux/init.h>
   2
   3 #include <linux/mm.h>
   4 #include <linux/spinlock.h>
   5 #include <linux/smp.h>
   6 #include <linux/interrupt.h>
   7 #include <linux/module.h>
   8 #include <linux/cpu.h>
   9
  10 #include <asm/tlbflush.h>
  11 #include <asm/mmu_context.h>
  12 #include <asm/cache.h>
  13 #include <asm/apic.h>
  14 #include <asm/uv/uv.h>
  15 #include <linux/debugfs.h>
  16
  17 DEFINE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(struct tlb_state, cpu_tlbstate)
  18                         = { &init_mm, 0, };
  19
  20 /*
  21  *      Smarter SMP flushing macros.
  22  *              c/o Linus Torvalds.
  23  *
  24  *      These mean you can really definitely utterly forget about
  25  *      writing to user space from interrupts. (Its not allowed anyway).
  26  *
  27  *      Optimizations Manfred Spraul <manfred@colorfullife.com>
  28  *
  29  *      More scalable flush, from Andi Kleen
  30  *
  31  *      To avoid global state use 8 different call vectors.
  32  *      Each CPU uses a specific vector to trigger flushes on other
  33  *      CPUs. Depending on the received vector the target CPUs look into
  34  *      the right array slot for the flush data.
  35  *
  36  *      With more than 8 CPUs they are hashed to the 8 available
  37  *      vectors. The limited global vector space forces us to this right now.
  38  *      In future when interrupts are split into per CPU domains this could be
  39  *      fixed, at the cost of triggering multiple IPIs in some cases.
  40  */
  41
  42 union smp_flush_state {
  43         struct {
  44                 struct mm_struct *flush_mm;
  45                 unsigned long flush_start;
  46                 unsigned long flush_end;
  47                 raw_spinlock_t tlbstate_lock;
  48                 DECLARE_BITMAP(flush_cpumask, NR_CPUS);
  49         };
  50         char pad[INTERNODE_CACHE_BYTES];
  51 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
  52
  53 /* State is put into the per CPU data section, but padded
  54    to a full cache line because other CPUs can access it and we don't
  55    want false sharing in the per cpu data segment. */
  56 static union smp_flush_state flush_state[NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS];
  57
  58 static DEFINE_PER_CPU_READ_MOSTLY(int, tlb_vector_offset);
  59
  60 /*
  61  * We cannot call mmdrop() because we are in interrupt context,
  62  * instead update mm->cpu_vm_mask.
  63  */
  64 void leave_mm(int cpu)
  65 {
  66         struct mm_struct *active_mm = this_cpu_read(cpu_tlbstate.active_mm);
  67         if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.state) == TLBSTATE_OK)
  68                 BUG();
  69         if (cpumask_test_cpu(cpu, mm_cpumask(active_mm))) {
  70                 cpumask_clear_cpu(cpu, mm_cpumask(active_mm));
  71                 load_cr3(swapper_pg_dir);
  72         }
  73 }
  74 EXPORT_SYMBOL_GPL(leave_mm);
  75
  76 /*
  77  *
  78  * The flush IPI assumes that a thread switch happens in this order:
  79  * [cpu0: the cpu that switches]
  80  * 1) switch_mm() either 1a) or 1b)
  81  * 1a) thread switch to a different mm
  82  * 1a1) cpu_clear(cpu, old_mm->cpu_vm_mask);
  83  *      Stop ipi delivery for the old mm. This is not synchronized with
  84  *      the other cpus, but smp_invalidate_interrupt ignore flush ipis
  85  *      for the wrong mm, and in the worst case we perform a superfluous
  86  *      tlb flush.
  87  * 1a2) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
  88  *      Now the smp_invalidate_interrupt won't call leave_mm if cpu0
  89  *      was in lazy tlb mode.
  90  * 1a3) update cpu active_mm
  91  *      Now cpu0 accepts tlb flushes for the new mm.
  92  * 1a4) cpu_set(cpu, new_mm->cpu_vm_mask);
  93  *      Now the other cpus will send tlb flush ipis.
  94  * 1a4) change cr3.
  95  * 1b) thread switch without mm change
  96  *      cpu active_mm is correct, cpu0 already handles
  97  *      flush ipis.
  98  * 1b1) set cpu mmu_state to TLBSTATE_OK
  99  * 1b2) test_and_set the cpu bit in cpu_vm_mask.
 100  *      Atomically set the bit [other cpus will start sending flush ipis],
 101  *      and test the bit.
 102  * 1b3) if the bit was 0: leave_mm was called, flush the tlb.
 103  * 2) switch %%esp, ie current
 104  *
 105  * The interrupt must handle 2 special cases:
 106  * - cr3 is changed before %%esp, ie. it cannot use current->{active_,}mm.
 107  * - the cpu performs speculative tlb reads, i.e. even if the cpu only
 108  *   runs in kernel space, the cpu could load tlb entries for user space
 109  *   pages.
 110  *
 111  * The good news is that cpu mmu_state is local to each cpu, no
 112  * write/read ordering problems.
 113  */
 114
 115 /*
 116  * TLB flush IPI:
 117  *
 118  * 1) Flush the tlb entries if the cpu uses the mm that's being flushed.
 119  * 2) Leave the mm if we are in the lazy tlb mode.
 120  *
 121  * Interrupts are disabled.
 122  */
 123
 124 /*
 125  * FIXME: use of asmlinkage is not consistent.  On x86_64 it's noop
 126  * but still used for documentation purpose but the usage is slightly
 127  * inconsistent.  On x86_32, asmlinkage is regparm(0) but interrupt
 128  * entry calls in with the first parameter in %eax.  Maybe define
 129  * intrlinkage?
 130  */
 131 #ifdef CONFIG_X86_64
 132 asmlinkage
 133 #endif
 134 void smp_invalidate_interrupt(struct pt_regs *regs)
 135 {
 136         unsigned int cpu;
 137         unsigned int sender;
 138         union smp_flush_state *f;
 139
 140         cpu = smp_processor_id();
 141         /*
 142          * orig_rax contains the negated interrupt vector.
 143          * Use that to determine where the sender put the data.
 144          */
 145         sender = ~regs->orig_ax - INVALIDATE_TLB_VECTOR_START;
 146         f = &flush_state[sender];
 147
 148         if (!cpumask_test_cpu(cpu, to_cpumask(f->flush_cpumask)))
 149                 goto out;
 150                 /*
 151                  * This was a BUG() but until someone can quote me the
 152                  * line from the intel manual that guarantees an IPI to
 153                  * multiple CPUs is retried _only_ on the erroring CPUs
 154                  * its staying as a return
 155                  *
 156                  * BUG();
 157                  */
 158
 159         if (f->flush_mm == this_cpu_read(cpu_tlbstate.active_mm)) {
 160                 if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.state) == TLBSTATE_OK) {
 161                         if (f->flush_end == TLB_FLUSH_ALL
 162                                         || !cpu_has_invlpg)
 163                                 local_flush_tlb();
 164                         else if (!f->flush_end)
 165                                 __flush_tlb_single(f->flush_start);
 166                         else {
 167                                 unsigned long addr;
 168                                 addr = f->flush_start;
 169                                 while (addr < f->flush_end) {
 170                                         __flush_tlb_single(addr);
 171                                         addr += PAGE_SIZE;
 172                                 }
 173                         }
 174                 } else
 175                         leave_mm(cpu);
 176         }
 177 out:
 178         ack_APIC_irq();
 179         smp_mb__before_clear_bit();
 180         cpumask_clear_cpu(cpu, to_cpumask(f->flush_cpumask));
 181         smp_mb__after_clear_bit();
 182         inc_irq_stat(irq_tlb_count);
 183 }
 184
 185 static void flush_tlb_others_ipi(const struct cpumask *cpumask,
 186                                  struct mm_struct *mm, unsigned long start,
 187                                  unsigned long end)
 188 {
 189         unsigned int sender;
 190         union smp_flush_state *f;
 191
 192         /* Caller has disabled preemption */
 193         sender = this_cpu_read(tlb_vector_offset);
 194         f = &flush_state[sender];
 195
 196         if (nr_cpu_ids > NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS)
 197                 raw_spin_lock(&f->tlbstate_lock);
 198
 199         f->flush_mm = mm;
 200         f->flush_start = start;
 201         f->flush_end = end;
 202         if (cpumask_andnot(to_cpumask(f->flush_cpumask), cpumask, cpumask_of(smp_processor_id()))) {
 203                 /*
 204                  * We have to send the IPI only to
 205                  * CPUs affected.
 206                  */
 207                 apic->send_IPI_mask(to_cpumask(f->flush_cpumask),
 208                               INVALIDATE_TLB_VECTOR_START + sender);
 209
 210                 while (!cpumask_empty(to_cpumask(f->flush_cpumask)))
 211                         cpu_relax();
 212         }
 213
 214         f->flush_mm = NULL;
 215         f->flush_start = 0;
 216         f->flush_end = 0;
 217         if (nr_cpu_ids > NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS)
 218                 raw_spin_unlock(&f->tlbstate_lock);
 219 }
 220
 221 void native_flush_tlb_others(const struct cpumask *cpumask,
 222                                  struct mm_struct *mm, unsigned long start,
 223                                  unsigned long end)
 224 {
 225         if (is_uv_system()) {
 226                 unsigned int cpu;
 227
 228                 cpu = smp_processor_id();
 229                 cpumask = uv_flush_tlb_others(cpumask, mm, start, end, cpu);
 230                 if (cpumask)
 231                         flush_tlb_others_ipi(cpumask, mm, start, end);
 232                 return;
 233         }
 234         flush_tlb_others_ipi(cpumask, mm, start, end);
 235 }
 236
 237 static void __cpuinit calculate_tlb_offset(void)
 238 {
 239         int cpu, node, nr_node_vecs, idx = 0;
 240         /*
 241          * we are changing tlb_vector_offset for each CPU in runtime, but this
 242          * will not cause inconsistency, as the write is atomic under X86. we
 243          * might see more lock contentions in a short time, but after all CPU's
 244          * tlb_vector_offset are changed, everything should go normal
 245          *
 246          * Note: if NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS % nr_online_nodes !=0, we might
 247          * waste some vectors.
 248          **/
 249         if (nr_online_nodes > NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS)
 250                 nr_node_vecs = 1;
 251         else
 252                 nr_node_vecs = NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS/nr_online_nodes;
 253
 254         for_each_online_node(node) {
 255                 int node_offset = (idx % NUM_INVALIDATE_TLB_VECTORS) *
 256                         nr_node_vecs;
 257                 int cpu_offset = 0;
 258                 for_each_cpu(cpu, cpumask_of_node(node)) {
 259                         per_cpu(tlb_vector_offset, cpu) = node_offset +
 260                                 cpu_offset;
 261                         cpu_offset++;
 262                         cpu_offset = cpu_offset % nr_node_vecs;
 263                 }
 264                 idx++;
 265         }
 266 }
 267
 268 static int __cpuinit tlb_cpuhp_notify(struct notifier_block *n,
 269                 unsigned long action, void *hcpu)
 270 {
 271         switch (action & 0xf) {
 272         case CPU_ONLINE:
 273         case CPU_DEAD:
 274                 calculate_tlb_offset();
 275         }
 276         return NOTIFY_OK;
 277 }
 278
 279 static int __cpuinit init_smp_flush(void)
 280 {
 281         int i;
 282
 283         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(flush_state); i++)
 284                 raw_spin_lock_init(&flush_state[i].tlbstate_lock);
 285
 286         calculate_tlb_offset();
 287         hotcpu_notifier(tlb_cpuhp_notify, 0);
 288         return 0;
 289 }
 290 core_initcall(init_smp_flush);
 291
 292 void flush_tlb_current_task(void)
 293 {
 294         struct mm_struct *mm = current->mm;
 295
 296         preempt_disable();
 297
 298         local_flush_tlb();
 299         if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm), smp_processor_id()) < nr_cpu_ids)
 300                 flush_tlb_others(mm_cpumask(mm), mm, 0UL, TLB_FLUSH_ALL);
 301         preempt_enable();
 302 }
 303
 304 /*
 305  * It can find out the THP large page, or
 306  * HUGETLB page in tlb_flush when THP disabled
 307  */
 308 static inline unsigned long has_large_page(struct mm_struct *mm,
 309                                  unsigned long start, unsigned long end)
 310 {
 311         pgd_t *pgd;
 312         pud_t *pud;
 313         pmd_t *pmd;
 314         unsigned long addr = ALIGN(start, HPAGE_SIZE);
 315         for (; addr < end; addr += HPAGE_SIZE) {
 316                 pgd = pgd_offset(mm, addr);
 317                 if (likely(!pgd_none(*pgd))) {
 318                         pud = pud_offset(pgd, addr);
 319                         if (likely(!pud_none(*pud))) {
 320                                 pmd = pmd_offset(pud, addr);
 321                                 if (likely(!pmd_none(*pmd)))
 322                                         if (pmd_large(*pmd))
 323                                                 return addr;
 324                         }
 325                 }
 326         }
 327         return 0;
 328 }
 329
 330 void flush_tlb_mm_range(struct mm_struct *mm, unsigned long start,
 331                                 unsigned long end, unsigned long vmflag)
 332 {
 333         unsigned long addr;
 334         unsigned act_entries, tlb_entries = 0;
 335
 336         preempt_disable();
 337         if (current->active_mm != mm)
 338                 goto flush_all;
 339
 340         if (!current->mm) {
 341                 leave_mm(smp_processor_id());
 342                 goto flush_all;
 343         }
 344
 345         if (end == TLB_FLUSH_ALL || tlb_flushall_shift == -1
 346                                         || vmflag == VM_HUGETLB) {
 347                 local_flush_tlb();
 348                 goto flush_all;
 349         }
 350
 351         /* In modern CPU, last level tlb used for both data/ins */
 352         if (vmflag & VM_EXEC)
 353                 tlb_entries = tlb_lli_4k[ENTRIES];
 354         else
 355                 tlb_entries = tlb_lld_4k[ENTRIES];
 356         /* Assume all of TLB entries was occupied by this task */
 357         act_entries = mm->total_vm > tlb_entries ? tlb_entries : mm->total_vm;
 358
 359         /* tlb_flushall_shift is on balance point, details in commit log */
 360         if ((end - start) >> PAGE_SHIFT > act_entries >> tlb_flushall_shift)
 361                 local_flush_tlb();
 362         else {
 363                 if (has_large_page(mm, start, end)) {
 364                         local_flush_tlb();
 365                         goto flush_all;
 366                 }
 367                 /* flush range by one by one 'invlpg' */
 368                 for (addr = start; addr < end;  addr += PAGE_SIZE)
 369                         __flush_tlb_single(addr);
 370
 371                 if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm),
 372                                 smp_processor_id()) < nr_cpu_ids)
 373                         flush_tlb_others(mm_cpumask(mm), mm, start, end);
 374                 preempt_enable();
 375                 return;
 376         }
 377
 378 flush_all:
 379         if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm), smp_processor_id()) < nr_cpu_ids)
 380                 flush_tlb_others(mm_cpumask(mm), mm, 0UL, TLB_FLUSH_ALL);
 381         preempt_enable();
 382 }
 383
 384 void flush_tlb_page(struct vm_area_struct *vma, unsigned long start)
 385 {
 386         struct mm_struct *mm = vma->vm_mm;
 387
 388         preempt_disable();
 389
 390         if (current->active_mm == mm) {
 391                 if (current->mm)
 392                         __flush_tlb_one(start);
 393                 else
 394                         leave_mm(smp_processor_id());
 395         }
 396
 397         if (cpumask_any_but(mm_cpumask(mm), smp_processor_id()) < nr_cpu_ids)
 398                 flush_tlb_others(mm_cpumask(mm), mm, start, 0UL);
 399
 400         preempt_enable();
 401 }
 402
 403 static void do_flush_tlb_all(void *info)
 404 {
 405         __flush_tlb_all();
 406         if (this_cpu_read(cpu_tlbstate.state) == TLBSTATE_LAZY)
 407                 leave_mm(smp_processor_id());
 408 }
 409
 410 void flush_tlb_all(void)
 411 {
 412         on_each_cpu(do_flush_tlb_all, NULL, 1);
 413 }
 414
 415 #ifdef CONFIG_DEBUG_TLBFLUSH
 416 static ssize_t tlbflush_read_file(struct file *file, char __user *user_buf,
 417                              size_t count, loff_t *ppos)
 418 {
 419         char buf[32];
 420         unsigned int len;
 421
 422         len = sprintf(buf, "%hd\n", tlb_flushall_shift);
 423         return simple_read_from_buffer(user_buf, count, ppos, buf, len);
 424 }
 425
 426 static ssize_t tlbflush_write_file(struct file *file,
 427                  const char __user *user_buf, size_t count, loff_t *ppos)
 428 {
 429         char buf[32];
 430         ssize_t len;
 431         s8 shift;
 432
 433         len = min(count, sizeof(buf) - 1);
 434         if (copy_from_user(buf, user_buf, len))
 435                 return -EFAULT;
 436
 437         buf[len] = '\0';
 438         if (kstrtos8(buf, 0, &shift))
 439                 return -EINVAL;
 440
 441         if (shift > 64)
 442                 return -EINVAL;
 443
 444         tlb_flushall_shift = shift;
 445         return count;
 446 }
 447
 448 static const struct file_operations fops_tlbflush = {
 449         .read = tlbflush_read_file,
 450         .write = tlbflush_write_file,
 451         .llseek = default_llseek,
 452 };
 453
 454 static int __cpuinit create_tlb_flushall_shift(void)
 455 {
 456         if (cpu_has_invlpg) {
 457                 debugfs_create_file("tlb_flushall_shift", S_IRUSR | S_IWUSR,
 458                         arch_debugfs_dir, NULL, &fops_tlbflush);
 459         }
 460         return 0;
 461 }
 462 late_initcall(create_tlb_flushall_shift);
 463 #endif